Kao što svi znamo, osnovna svojstva PCB (štampana ploča) zavisi od performansi materijala njegove podloge. Stoga, kako bi se poboljšale performanse ploče, performanse materijala podloge prvo moraju biti optimizirane. Do sada se razvijaju i primjenjuju različiti novi materijali koji zadovoljavaju zahtjeve novih tehnologija i tržišnih trendova.

Posljednjih godina, štampane ploče su doživjele transformaciju. Tržište je uglavnom prešlo sa tradicionalnih hardverskih proizvoda kao što su desktop računari na bežične komunikacije kao što su serveri i mobilni terminali. Mobilni komunikacijski uređaji predstavljeni pametnim telefonima promovirali su razvoj PCB-a visoke gustine, lagane težine i višenamjenske ploče. Ako nema materijala podloge, a njegovi procesni zahtjevi su usko povezani sa performansama PCB-a, tehnologija štampanih kola nikada neće biti realizovana. Stoga, izbor materijala podloge igra vitalnu ulogu u obezbeđivanju kvaliteta i pouzdanosti PCB-a i konačnog proizvoda.

Zadovoljite potrebe visoke gustoće i finih bora

•Zahtjevi za bakarnu foliju

Sve PCB ploče se kreću prema većoj gustoći i finijim krugovima, posebno HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Prije deset godina, HDI PCB je definiran kao PCB, a njegova širina linija (L) i razmak između linija (S) bili su 0.1 mm ili manje. Međutim, trenutne standardne vrijednosti L i S u elektronskoj industriji mogu biti i do 60 μm, au naprednim slučajevima njihove vrijednosti mogu biti i do 40 μm.

Kako odrediti svoj materijal PCB podloge

Tradicionalna metoda formiranja dijagrama je u procesu snimanja i graviranja. Primjenom podloge od tanke bakarne folije (debljine u rasponu od 9μm do 12μm) najniža vrijednost L i S dostiže 30μm.

Zbog visoke cijene tanke bakrene folije CCL (Copper Clad Laminate) i mnogih nedostataka u hrpi, mnogi proizvođači PCB-a imaju tendenciju da koriste metodu bakrene folije za jetkanje, a debljina bakarne folije je postavljena na 18 μm. Zapravo, ova metoda se ne preporučuje jer sadrži previše zahvata, debljinu je teško kontrolisati i dovodi do većih troškova. Kao rezultat toga, tanka bakrena folija je bolja. Osim toga, kada su L i S vrijednosti ploče manje od 20 μm, standardna bakarna folija ne radi. Na kraju, preporučuje se upotreba ultra tanke bakarne folije, jer se njena debljina bakra može podesiti u rasponu od 3 μm do 5 μm.

Pored debljine bakarne folije, strujni precizna kola zahtijevaju i površinu bakarne folije sa malom hrapavostom. Kako bi se poboljšala sposobnost vezivanja između bakarne folije i materijala podloge i osigurala čvrstoća provodnika na ljuštenje, vrši se gruba obrada na ravni bakrene folije, a opća hrapavost bakarne folije je veća od 5 μm.

Ugradnja bakrene folije kao osnovnog materijala ima za cilj poboljšanje njene čvrstoće na ljuštenje. Međutim, da bi se kontrolisala preciznost provodnika od prekomernog nagrizanja tokom jetkanja kola, ono ima tendenciju da izazove zagađivače izbočina, što može izazvati kratki spoj između vodova ili smanjenje izolacionog kapaciteta, što posebno utiče na fina kola. Stoga je potrebna bakarna folija male hrapavosti (manje od 3 μm ili čak 1.5 μm).

Iako je hrapavost bakarne folije smanjena, ipak je potrebno zadržati čvrstoću provodnika na ljuštenje, što uzrokuje posebnu površinsku obradu površine bakarne folije i materijala podloge, čime se osigurava čvrstoća ljuštenja provodnika. kondukter.

• Zahtjevi za izolaciju dielektričnih laminata

Jedna od glavnih tehničkih karakteristika HDI PCB-a leži u procesu konstrukcije. Uobičajeno korišteni RCC (bakar obložen smolom) ili prepreg epoksidna staklena tkanina i laminacija bakrene folije rijetko dovode do finih krugova. Sada je sklon upotrebi SAP i MSPA, što znači primjenu izolacijskog dielektričnog filma laminiranog elektrobez bakrenog oplata za proizvodnju bakarnih vodljivih ravnina. Budući da je bakrena ravnina tanka, mogu se proizvesti fina kola.

Jedna od ključnih tačaka SAP-a je laminiranje dielektričnih materijala. Da bi se ispunili zahtjevi preciznih kola visoke gustoće, moraju se postaviti neki zahtjevi za laminatne materijale, uključujući dielektrična svojstva, izolaciju, otpornost na toplinu i vezivanje, kao i tehničku prilagodljivost kompatibilnu sa HDI PCB-om.

U globalnom pakovanju poluprovodnika, supstrati za IC pakovanje se pretvaraju iz keramičkih supstrata u organske supstrate. Korak supstrata FC paketa postaje sve manji i manji, tako da je trenutna tipična vrijednost L i S 15 μm, i biće sve manja.

Performanse višeslojnih podloga trebale bi naglasiti niske dielektrične osobine, niski koeficijent toplinske ekspanzije (CTE) i visoku otpornost na toplinu, što se odnosi na jeftine podloge koje ispunjavaju ciljeve performansi. Danas se MSPA izolacijska dielektrična tehnologija slaganja kombinira s tankom bakrenom folijom koja se koristi u masovnoj proizvodnji preciznih kola. SAP se koristi za proizvodnju uzoraka kola sa L i S vrijednostima manjim od 10 μm.

Velika gustina i tankoća PCB-a doveli su do prelaska HDI PCB-a sa laminacije sa jezgrama na jezgra bilo kojeg sloja. Za HDI PCB sa istom funkcijom, površina i debljina PCB-a međusobno povezanih na bilo kom sloju su smanjeni za 25% u poređenju sa onima sa jezgrom laminata. U ova dva HDI PCB-a potrebno je nanijeti tanji dielektrični sloj sa boljim električnim svojstvima.

Zahtijeva izvoz visoke frekvencije i velike brzine

Elektronska komunikacijska tehnologija se kreće od žičane do bežične, od niske frekvencije i niske brzine do visoke frekvencije i velike brzine. Performanse pametnih telefona su evoluirale sa 4G na 5G, što zahtijeva veće brzine prijenosa i veće količine prijenosa.

Dolazak globalne ere računarstva u oblaku doveo je do višestrukog povećanja prometa podataka, a postoji i jasan trend za visokofrekventnu i brzu komunikacionu opremu. Kako bi se zadovoljili zahtjevi prijenosa visoke frekvencije i velike brzine, pored smanjenja smetnji i potrošnje signala, integritet signala i proizvodnja su kompatibilni sa zahtjevima dizajna PCB dizajna, materijali visokih performansi su najvažniji element.

Glavni posao inženjera je smanjiti svojstva gubitka električnog signala kako bi se povećala brzina PCB-a i riješili problemi integriteta signala. Na osnovu više od deset godina proizvodnih usluga PCBCart-a, kao ključnog faktora koji utiče na izbor materijala podloge, kada je dielektrična konstanta (Dk) niža od 4, a dielektrični gubitak (Df) manji od 0.010, to se smatra srednji Dk/Df laminat Kada je Dk manji od 3.7 i Df manji od 0.005, smatra se laminatom sa niskim Dk/Df. Trenutno su na tržištu dostupni različiti materijali za supstrate.

Do sada su uglavnom postojale tri vrste materijala za podlogu za visokofrekventne ploče: smole na bazi fluora, PPO ili PPE smole i modifikovane epoksidne smole. Dielektrični supstrati serije fluora, kao što je PTFE, imaju najniža dielektrična svojstva i obično se koriste za proizvode sa frekvencijom od 5 GHz ili više. Modificirana epoksidna smola FR-4 ili PPO podloga je pogodna za proizvode sa frekvencijskim opsegom od 1GHz do 10GHz.

Upoređujući tri visokofrekventna materijala podloge, epoksidna smola ima najnižu cijenu, iako fluorna smola ima najvišu cijenu. Što se tiče dielektrične konstante, dielektričnih gubitaka, apsorpcije vode i frekvencijskih karakteristika, smole na bazi fluora rade najbolje, dok epoksidne smole imaju lošije rezultate. Kada je frekvencija koju primjenjuje proizvod viša od 10 GHz, radit će samo smola na bazi fluora. Nedostaci PTFE-a uključuju visoku cijenu, lošu krutost i visok koeficijent toplinske ekspanzije.

Za PTFE, rasute neorganske supstance (kao što je silicijum dioksid) mogu se koristiti kao materijali za punjenje ili staklena tkanina da bi se poboljšala krutost materijala podloge i smanjio koeficijent toplotnog širenja. Osim toga, zbog inertnosti PTFE molekula, teško je da se PTFE molekuli vežu za bakarnu foliju, pa se mora realizovati posebna površinska obrada kompatibilna sa bakarnom folijom. Metoda tretmana je izvođenje kemijskog jetkanja na površini politetrafluoroetilena kako bi se povećala hrapavost površine ili dodavanjem ljepljivog filma kako bi se povećala sposobnost prianjanja. Primjenom ove metode mogu se utjecati na dielektrična svojstva, te se cjelokupno visokofrekventno kolo na bazi fluora mora dalje razvijati.

Jedinstvena izolaciona smola sastavljena od modifikovane epoksidne smole ili PPE i TMA, MDI i BMI, plus staklena tkanina. Slično FR-4 CCL, takođe ima odličnu otpornost na toplotu i dielektrična svojstva, mehaničku čvrstoću i mogućnost izrade PCB-a, što ga sve čini popularnijim od supstrata na bazi PTFE.

Pored zahtjeva za performansama izolacijskih materijala kao što su smole, hrapavost površine bakra kao provodnika je također važan faktor koji utiče na gubitak prijenosa signala, što je rezultat skin efekta. U osnovi, skin efekat je da se elektromagnetna indukcija generirana na prijenosu visokofrekventnog signala i induktivna elektroda toliko koncentrira u središtu površine poprečnog presjeka elektrode, a pogonska struja ili signal se fokusira na površine olova. Hrapavost površine vodiča igra ključnu ulogu u utjecaju na gubitak prijenosnog signala, a mala hrapavost dovodi do vrlo malih gubitaka.

Na istoj frekvenciji, velika hrapavost površine bakra će uzrokovati veliki gubitak signala. Stoga, hrapavost površine bakra mora biti kontrolirana u stvarnoj proizvodnji i treba biti što je moguće manja bez utjecaja na prianjanje. Velika pažnja se mora posvetiti signalima u frekvencijskom opsegu od 10 GHz ili više. Hrapavost bakarne folije mora biti manja od 1 μm, a najbolje je koristiti ultra-površinsku bakarnu foliju hrapavosti od 0.04 μm. Hrapavost površine bakarne folije mora se kombinovati sa odgovarajućim oksidacionim tretmanom i sistemom vezivne smole. U bliskoj budućnosti može postojati bakarna folija bez profilisane smole, koja ima veću čvrstoću na ljuštenje kako bi se spriječilo smanjenje dielektričnog gubitka.

Zahtijeva visoku toplinsku otpornost i veliku disipaciju

Sa razvojnim trendom minijaturizacije i visoke funkcionalnosti, elektronska oprema teži stvaranju više topline, tako da zahtjevi za termičkim upravljanjem elektronske opreme postaju sve zahtjevniji. Jedno od rješenja ovog problema leži u istraživanju i razvoju termički provodljivih PCB-a. Osnovni uslov da PCB radi dobro u smislu otpornosti na toplotu i disipacije je otpornost na toplotu i sposobnost disipacije podloge. Trenutno poboljšanje toplotne provodljivosti PCB-a leži u poboljšanju dodavanja smole i punjenja, ali to radi samo u ograničenoj kategoriji. Tipična metoda je korištenje IMS-a ili PCB-a sa metalnim jezgrom, koji djeluju kao grijaći elementi. U poređenju s tradicionalnim radijatorima i ventilatorima, ova metoda ima prednosti male veličine i niske cijene.

Aluminij je vrlo atraktivan materijal s prednostima bogatih resursa, niske cijene i dobre toplinske provodljivosti. I intenzitet. Osim toga, toliko je ekološki prihvatljiv da ga koristi većina metalnih podloga ili metalnih jezgara. Zbog prednosti ekonomičnosti, pouzdane električne veze, toplinske provodljivosti i visoke čvrstoće, bez lemljenja i olova, ploče na bazi aluminija koriste se u potrošačkim proizvodima, automobilima, vojnim potrepštinama i zrakoplovnim proizvodima. Nema sumnje da ključ za otpornost na toplinu i performanse disipacije metalne podloge leži u prianjanju između metalne ploče i ravnine kola.

Kako odrediti materijal podloge vašeg PCB-a?

U modernom elektronskom dobu, minijaturizacija i tankost elektronskih uređaja dovela je do pojave krutih PCB-a i fleksibilnih/krutih PCB-a. Dakle, koja je vrsta materijala podloge pogodna za njih?

Povećana područja primjene krutih PCB-a i fleksibilnih/krutih PCB-a donijela su nove zahtjeve u pogledu količine i performansi. Na primjer, poliimidne folije se mogu klasificirati u različite kategorije, uključujući prozirne, bijele, crne i žute, s visokom otpornošću na toplinu i niskim koeficijentom toplinske ekspanzije za primjenu u različitim situacijama. Slično tome, isplativa podloga od poliesterskog filma će biti prihvaćena na tržištu zbog svoje visoke elastičnosti, stabilnosti dimenzija, kvaliteta površine filma, fotoelektrične spojnice i otpornosti na okoliš, kako bi se zadovoljile promjenjive potrebe korisnika.

Slično krutom HDI PCB-u, fleksibilna štampana ploča mora ispunjavati zahtjeve za brzi i visokofrekventni prijenos signala, a pažnja se mora obratiti na dielektričnu konstantu i dielektrične gubitke fleksibilnog materijala podloge. Fleksibilno kolo može se sastojati od politetrafluoroetilena i naprednog poliimidnog supstrata. Neorganska prašina i karbonska vlakna mogu se dodati poliimidnoj smoli kako bi se dobila troslojna fleksibilna termički provodljiva podloga. Neorganski materijal za punjenje može biti aluminijum nitrid, aluminijum oksid ili heksagonalni bor nitrid. Ova vrsta materijala podloge ima toplotnu provodljivost od 1.51W/mK, može izdržati napon od 2.5kV i zakrivljenost od 180 stepeni.