Com tots sabem, les propietats bàsiques de PCB (placa de circuit imprès) depenen del rendiment del material del seu substrat. Per tant, per millorar el rendiment de la placa de circuits, primer s’ha d’optimitzar el rendiment del material del substrat. Fins ara, s’estan desenvolupant i aplicant diferents materials nous per satisfer els requisits de les noves tecnologies i les tendències del mercat.

En els últims anys, les plaques de circuits impresos han patit una transformació. El mercat ha canviat principalment dels productes de maquinari tradicionals, com els ordinadors de sobretaula, a les comunicacions sense fil, com ara servidors i terminals mòbils. Els dispositius de comunicació mòbil representats pels telèfons intel·ligents han promogut el desenvolupament de PCB d’alta densitat, lleugers i multifuncionals. Si no hi ha material de substrat i els seus requisits de procés estan estretament relacionats amb el rendiment del PCB, la tecnologia de circuit imprès mai es realitzarà. Per tant, l’elecció del material del substrat té un paper vital per proporcionar la qualitat i la fiabilitat del PCB i el producte final.

Satisfer les necessitats d’alta densitat i línies fines

•Requisits de la làmina de coure

Totes les plaques de PCB s’estan avançant cap a circuits de major densitat i fins, especialment HDI PCB (PCB d’interconnexió d’alta densitat). Fa deu anys, HDI PCB es va definir com a PCB, i la seva amplada de línia (L) i l’interlineat (S) eren de 0.1 mm o menys. Tanmateix, els valors estàndard actuals de L i S a la indústria electrònica poden ser tan petits com 60 μm, i en casos avançats, els seus valors poden ser tan baixos com 40 μm.

Com determinar el material del substrat de PCB

El mètode tradicional de formació de diagrames de circuits es troba en el procés d’imatge i gravat. Amb l’aplicació de substrats prims de làmines de coure (amb un gruix en el rang de 9 μm a 12 μm), el valor més baix de L i S arriba als 30 μm.

A causa de l’alt cost de la làmina de coure fina CCL (laminat revestit de coure) i molts defectes a la pila, molts fabricants de PCB solen utilitzar el mètode de làmina de coure gravat i el gruix de la làmina de coure s’estableix en 18 μm. De fet, aquest mètode no es recomana perquè conté massa procediments, el gruix és difícil de controlar i comporta uns costos més elevats. Com a resultat, la làmina fina de coure és millor. A més, quan els valors L i S de la placa són inferiors a 20 μm, la làmina de coure estàndard no funciona. Finalment, es recomana utilitzar làmina de coure ultrafina, ja que el seu gruix de coure es pot ajustar en el rang de 3 μm a 5 μm.

A més del gruix de la làmina de coure, els circuits de precisió actuals també requereixen una superfície de làmina de coure amb baixa rugositat. Per tal de millorar la capacitat d’unió entre la làmina de coure i el material del substrat i garantir la resistència a la peladura del conductor, es realitza un processament rugós al pla de la làmina de coure i la rugositat general de la làmina de coure és superior a 5 μm.

La incrustació de làmines de coure com a material base té com a objectiu millorar la seva resistència a la pell. Tanmateix, per tal de controlar la precisió del plom lluny del gravat excessiu durant el gravat del circuit, tendeix a provocar contaminants de gepa, que poden provocar un curtcircuit entre línies o una disminució de la capacitat d’aïllament, que afecta especialment els circuits fins. Per tant, cal una làmina de coure amb baixa rugositat (menys de 3 μm o fins i tot 1.5 μm).

Tot i que la rugositat de la làmina de coure es redueix, encara és necessari mantenir la resistència a la peladura del conductor, la qual cosa provoca un tractament superficial especial a la superfície de la làmina de coure i el material del substrat, que ajuda a garantir la resistència a la peladura de la làmina de coure. conductor.

• Requisits dels laminats dielèctrics aïllants

Una de les principals característiques tècniques de HDI PCB rau en el procés de construcció. El RCC (coure recobert de resina) d’ús habitual o la tela de vidre epoxi preimpregnada i la laminació de làmines de coure rarament condueixen a circuits fins. Ara s’inclina a utilitzar SAP i MSPA, la qual cosa significa l’aplicació d’una pel·lícula dielèctrica aïllant laminat de coure electroless per produir plans conductors de coure. Com que el pla de coure és prim, es poden produir circuits fins.

Un dels punts clau de SAP és laminar materials dielèctrics. Per complir amb els requisits dels circuits de precisió d’alta densitat, s’han de presentar alguns requisits per als materials laminats, incloses les propietats dielèctriques, l’aïllament, la resistència a la calor i l’enllaç, així com l’adaptabilitat tècnica compatible amb HDI PCB.

En els envasos globals de semiconductors, els substrats d’embalatge IC es converteixen de substrats ceràmics a substrats orgànics. El pas dels substrats del paquet FC és cada cop més petit, de manera que el valor típic actual de L i S és de 15 μm i serà més petit.

El rendiment dels substrats multicapa ha de posar l’accent en les propietats dielèctriques baixes, l’expansió tèrmica de baix coeficient (CTE) i l’alta resistència a la calor, que es refereix a substrats de baix cost que compleixen els objectius de rendiment. Avui en dia, la tecnologia d’apilament dielèctric d’aïllament MSPA es combina amb una làmina prima de coure per utilitzar-la en la producció massiva de circuits de precisió. SAP s’utilitza per fabricar patrons de circuits amb valors tant L com S inferiors a 10 μm.

L’alta densitat i primesa dels PCB han fet que els PCB HDI passin de la laminació amb nuclis a nuclis de qualsevol capa. Per als PCB HDI amb la mateixa funció, l’àrea i el gruix dels PCB interconnectats a qualsevol capa es redueixen un 25% en comparació amb els que tenen laminats centrals. Cal aplicar una capa dielèctrica més fina amb millors propietats elèctriques en aquests dos PCB HDI.

Requereix exportació d’alta freqüència i alta velocitat

La tecnologia de comunicació electrònica va des de cablejat a sense fil, de baixa freqüència i baixa velocitat a alta freqüència i alta velocitat. El rendiment dels telèfons intel·ligents ha evolucionat de 4G a 5G, requerint velocitats de transmissió més ràpides i volums de transmissió més grans.

L’arribada de l’era global de la computació en núvol ha provocat un augment múltiple del trànsit de dades i hi ha una tendència clara per als equips de comunicació d’alta freqüència i alta velocitat. Per tal de complir els requisits de transmissió d’alta freqüència i alta velocitat, a més de reduir la interferència i el consum del senyal, la integritat i la fabricació del senyal són compatibles amb els requisits de disseny del disseny de PCB, els materials d’alt rendiment són l’element més important.

La feina principal d’un enginyer és reduir les propietats de la pèrdua de senyal elèctric per augmentar la velocitat de la PCB i resoldre problemes d’integritat del senyal. A partir dels més de deu anys de serveis de fabricació de PCBCart, com a factor clau que afecta l’elecció del material del substrat, quan la constant dielèctrica (Dk) és inferior a 4 i la pèrdua dielèctrica (Df) és inferior a 0.010, es considera com un Laminat intermedi Dk/Df Quan Dk és inferior a 3.7 i Df és inferior a 0.005, es considera un laminat Dk/Df baix. Actualment, hi ha una varietat de materials de substrat disponibles al mercat.

Fins ara, hi ha principalment tres tipus de materials de substrat de plaques de circuits d’alta freqüència utilitzats habitualment: resines a base de fluor, resines PPO o PPE i resines epoxi modificades. Els substrats dielèctrics de la sèrie de fluor, com ara el PTFE, tenen les propietats dielèctriques més baixes i solen utilitzar-se per a productes amb una freqüència de 5 GHz o superior. El substrat de resina epoxi modificada FR-4 o PPO és adequat per a productes amb un rang de freqüència d’1 GHz a 10 GHz.

Comparant els tres materials de substrat d’alta freqüència, la resina epoxi té el preu més baix, tot i que la resina de fluor té el preu més alt. Pel que fa a la constant dielèctrica, la pèrdua dielèctrica, l’absorció d’aigua i les característiques de freqüència, les resines a base de fluor funcionen millor, mentre que les resines epoxi funcionen pitjor. Quan la freqüència aplicada pel producte és superior a 10 GHz, només funcionarà la resina a base de fluor. Els desavantatges del PTFE inclouen un alt cost, una poca rigidesa i un alt coeficient d’expansió tèrmica.

Per al PTFE, es poden utilitzar substàncies inorgàniques a granel (com la sílice) com a materials de farciment o tela de vidre per millorar la rigidesa del material del substrat i reduir el coeficient d’expansió tèrmica. A més, a causa de la inercia de les molècules de PTFE, és difícil que les molècules de PTFE s’uneixin amb la làmina de coure, de manera que s’ha de realitzar un tractament superficial especial compatible amb la làmina de coure. El mètode de tractament consisteix a realitzar un gravat químic a la superfície del politetrafluoroetilè per augmentar la rugositat de la superfície o afegir una pel·lícula adhesiva per augmentar la capacitat d’adhesió. Amb l’aplicació d’aquest mètode, les propietats dielèctriques es poden veure afectades i tot el circuit d’alta freqüència basat en fluor s’ha de desenvolupar encara més.

Resina aïllant única composta per resina epoxi modificada o EPI i TMA, MDI i BMI, més tela de vidre. Semblant al FR-4 CCL, també té una excel·lent resistència a la calor i propietats dielèctriques, resistència mecànica i fabricabilitat de PCB, tot això el fa més popular que els substrats basats en PTFE.

A més dels requisits de rendiment dels materials aïllants com les resines, la rugositat superficial del coure com a conductor també és un factor important que afecta la pèrdua de transmissió del senyal, que és el resultat de l’efecte pell. Bàsicament, l’efecte de la pell és que la inducció electromagnètica generada en la transmissió del senyal d’alta freqüència i el cable inductiu es concentra tant al centre de l’àrea de la secció transversal del cable, i el corrent o senyal de conducció se centra en el superfície del plom. La rugositat superficial del conductor té un paper clau a l’hora d’influir en la pèrdua del senyal de transmissió, i la baixa rugositat provoca una pèrdua molt petita.

A la mateixa freqüència, l’elevada rugositat superficial del coure provocarà una gran pèrdua de senyal. Per tant, la rugositat del coure superficial s’ha de controlar en la fabricació real i ha de ser tan baixa com sigui possible sense afectar l’adhesió. Cal prestar molta atenció als senyals en el rang de freqüències de 10 GHz o superior. La rugositat de la làmina de coure ha de ser inferior a 1 μm, i el millor és utilitzar una làmina de coure ultrasuperfície amb una rugositat de 0.04 μm. La rugositat superficial de la làmina de coure s’ha de combinar amb un tractament d’oxidació adequat i un sistema de resina d’unió. En un futur proper, pot haver-hi una làmina de coure sense resina recoberta de perfil, que tingui una resistència a la pell més alta per evitar que es vegi afectada la pèrdua dielèctrica.

Requereix una alta resistència tèrmica i una alta dissipació

Amb la tendència de desenvolupament de miniaturització i alta funcionalitat, els equips electrònics tendeixen a generar més calor, de manera que els requisits de gestió tèrmica dels equips electrònics són cada cop més exigents. Una de les solucions a aquest problema rau en la investigació i desenvolupament de PCB tèrmicament conductors. La condició bàsica perquè el PCB funcioni bé en termes de resistència a la calor i dissipació és la resistència a la calor i la capacitat de dissipació del substrat. La millora actual de la conductivitat tèrmica del PCB rau en la millora de l’addició de resina i farciment, però només funciona en una categoria limitada. El mètode típic és utilitzar IMS o PCB de nucli metàl·lic, que actuen com a elements de calefacció. En comparació amb els radiadors i ventiladors tradicionals, aquest mètode té els avantatges de la mida petita i el baix cost.

L’alumini és un material molt atractiu amb els avantatges de recursos abundants, baix cost i bona conductivitat tèrmica. I intensitat. A més, és tan respectuós amb el medi ambient que és utilitzat per la majoria de substrats metàl·lics o nuclis metàl·lics. A causa dels avantatges de l’economia, la connexió elèctrica fiable, la conductivitat tèrmica i l’alta resistència, sense soldadura i sense plom, s’han utilitzat plaques de circuits a base d’alumini en productes de consum, automòbils, subministraments militars i productes aeroespacials. No hi ha dubte que la clau de la resistència a la calor i el rendiment de dissipació del substrat metàl·lic rau en l’adhesió entre la placa metàl·lica i el pla del circuit.

Com determinar el material del substrat del vostre PCB?

A l’era electrònica moderna, la miniaturització i la primesa dels dispositius electrònics ha donat lloc a l’aparició de PCB rígids i PCB flexibles/rígids. Aleshores, quin tipus de material de substrat és adequat per a ells?

L’augment de les àrees d’aplicació de PCB rígids i PCB flexibles/rígids ha comportat nous requisits en termes de quantitat i rendiment. Per exemple, les pel·lícules de poliimida es poden classificar en diverses categories, incloent transparents, blanques, negres i grogues, amb alta resistència a la calor i baix coeficient d’expansió tèrmica per a l’aplicació en diferents situacions. De la mateixa manera, el substrat de pel·lícula de polièster rendible serà acceptat pel mercat a causa de la seva alta elasticitat, estabilitat dimensional, qualitat de superfície de la pel·lícula, acoblament fotoelèctric i resistència ambiental, per satisfer les necessitats canviants dels usuaris.

De manera similar a la PCB HDI rígida, la PCB flexible ha de complir els requisits de transmissió de senyals d’alta velocitat i alta freqüència, i s’ha de prestar atenció a la constant dielèctrica i la pèrdua dielèctrica del material del substrat flexible. El circuit flexible pot estar compost de politetrafluoroetilè i un substrat de poliimida avançat. Es pot afegir pols inorgànic i fibra de carboni a la resina de poliimida per obtenir un substrat tèrmicament flexible de tres capes. El material de farciment inorgànic pot ser nitrur d’alumini, òxid d’alumini o nitrur de bor hexagonal. Aquest tipus de material de substrat té una conductivitat tèrmica d’1.51 W/mK, pot resistir una tensió de 2.5 kV i una curvatura de 180 graus.