Jak všichni víme, základní vlastnosti o PCB (deska s plošnými spoji) závisí na vlastnostech podkladového materiálu. Proto, aby se zlepšil výkon desky s obvody, musí být nejprve optimalizován výkon materiálu substrátu. Dosud jsou vyvíjeny a aplikovány různé nové materiály, které splňují požadavky nových technologií a trendů trhu.

V posledních letech prošly desky plošných spojů proměnou. Trh se převážně posunul od tradičních hardwarových produktů, jako jsou stolní počítače, k bezdrátové komunikaci, jako jsou servery a mobilní terminály. Mobilní komunikační zařízení reprezentovaná chytrými telefony podpořila vývoj vysokohustotních, lehkých a multifunkčních PCB. Pokud neexistuje žádný podkladový materiál a jeho procesní požadavky úzce souvisejí s výkonem desky plošných spojů, technologie tištěných spojů nebude nikdy realizována. Proto výběr materiálu substrátu hraje zásadní roli při zajišťování kvality a spolehlivosti PCB a konečného produktu.

Splňují potřeby vysoké hustoty a jemných linek

•Požadavky na měděnou fólii

Všechny desky plošných spojů směřují k vyšší hustotě a jemnějším obvodům, zejména HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Před deseti lety byla HDI PCB definována jako PCB a její šířka řádku (L) a řádkování (S) byly 0.1 mm nebo méně. Současné standardní hodnoty L a S v elektronickém průmyslu však mohou být až 60 μm a v pokročilých případech mohou být jejich hodnoty až 40 μm.

Jak určit materiál substrátu PCB

Tradiční metoda tvorby schématu zapojení je v procesu zobrazování a leptání. Při aplikaci tenkých měděných fóliových substrátů (o tloušťce v rozmezí 9μm až 12μm) dosahuje nejnižší hodnoty L a S 30μm.

Kvůli vysokým nákladům na tenkou měděnou fólii CCL (Copper Clad Laminate) a mnoha defektům ve svazku má mnoho výrobců PCB tendenci používat metodu leptací měděné fólie a tloušťka měděné fólie je nastavena na 18μm. Ve skutečnosti se tato metoda nedoporučuje, protože obsahuje příliš mnoho postupů, tloušťka se obtížně kontroluje a vede k vyšším nákladům. Ve výsledku je lepší tenká měděná fólie. Navíc, když jsou hodnoty L a S desky menší než 20 μm, standardní měděná fólie nefunguje. Nakonec se doporučuje použít ultratenkou měděnou fólii, protože její tloušťku mědi lze upravit v rozmezí 3μm až 5μm.

Kromě tloušťky měděné fólie vyžadují současné přesné obvody také povrch měděné fólie s nízkou drsností. Aby se zlepšila schopnost vazby mezi měděnou fólií a materiálem substrátu a zajistila se pevnost vodiče v odlupování, hrubé zpracování se provádí na rovině měděné fólie a obecná drsnost měděné fólie je větší než 5 μm.

Vložení hrbolaté měděné fólie jako základního materiálu má za cíl zlepšit její pevnost v odlupování. Aby však bylo možné kontrolovat přesnost vedení, aby nedošlo k přeleptání během leptání obvodu, má tendenci způsobovat výrony znečišťujících látek, které mohou způsobit zkrat mezi vedeními nebo snížení izolační kapacity, což postihuje zejména jemné obvody. Proto je vyžadována měděná fólie s nízkou drsností (méně než 3 μm nebo dokonce 1.5 μm).

I když je drsnost měděné fólie snížena, je stále nutné zachovat pevnost v odlupování vodiče, což způsobuje speciální povrchovou úpravu na povrchu měděné fólie a materiálu substrátu, která pomáhá zajistit pevnost v odlupování vodiče. dirigent.

• Požadavky na izolační dielektrické lamináty

Jedna z hlavních technických charakteristik HDI PCB spočívá v procesu konstrukce. Běžně používaná RCC (resin potažená měď) nebo předimpregnovaná epoxidová skelná tkanina a laminace měděnou fólií zřídka vedou k jemným obvodům. Nyní se přiklání k použití SAP a MSPA, což znamená použití izolačního dielektrického filmu laminovaného bezproudovým měděným pokovením k výrobě měděných vodivých rovin. Protože je měděná rovina tenká, lze vyrábět jemné obvody.

Jedním z klíčových bodů SAP je laminování dielektrických materiálů. Aby byly splněny požadavky na přesné obvody s vysokou hustotou, musí být na laminátové materiály předloženy některé požadavky, včetně dielektrických vlastností, izolace, tepelné odolnosti a lepení, jakož i technické přizpůsobivosti kompatibilní s HDI PCB.

V globálním balení polovodičů se obalové substráty IC převádějí z keramických substrátů na organické substráty. Rozteč substrátů paketů FC je stále menší a menší, takže současná typická hodnota L a S je 15 μm a bude menší.

Výkon vícevrstvých substrátů by měl zdůrazňovat nízké dielektrické vlastnosti, nízký koeficient tepelné roztažnosti (CTE) a vysokou tepelnou odolnost, což se týká levných substrátů, které splňují výkonnostní cíle. V dnešní době je technologie MSPA izolačního dielektrického stohování kombinována s tenkou měděnou fólií pro použití v hromadné výrobě přesných obvodů. SAP se používá k výrobě vzorů obvodů s hodnotami L i S menšími než 10 μm.

Vysoká hustota a tenkost PCB způsobily, že desky HDI PCB přešly z laminace s jádry na jádra jakékoli vrstvy. U desek plošných spojů HDI se stejnou funkcí se plocha a tloušťka desek plošných spojů propojených na libovolné vrstvě zmenšila o 25 % ve srovnání s deskami s jádrovými lamináty. V těchto dvou HDI DPS je nutné nanést tenčí dielektrickou vrstvu s lepšími elektrickými vlastnostmi.

Vyžaduje export z vysoké frekvence a vysoké rychlosti

Elektronická komunikační technologie sahá od drátové po bezdrátovou, od nízké frekvence a nízké rychlosti po vysokofrekvenční a vysokorychlostní. Výkon chytrých telefonů se vyvinul ze 4G na 5G, což vyžaduje vyšší přenosové rychlosti a větší přenosové objemy.

Nástup globální éry cloud computingu vedl k mnohonásobnému nárůstu datového provozu a existuje jasný trend pro vysokofrekvenční a vysokorychlostní komunikační zařízení. Aby byly splněny požadavky na vysokofrekvenční a vysokorychlostní přenos, kromě snížení rušení a spotřeby signálu, integrita signálu a výroba jsou kompatibilní s konstrukčními požadavky návrhu PCB, nejdůležitějším prvkem jsou vysoce výkonné materiály.

Hlavním úkolem inženýra je snížit vlastnosti ztráty elektrického signálu pro zvýšení rychlosti PCB a řešení problémů s integritou signálu. Na základě více než deseti let výrobních služeb společnosti PCBCart, jako klíčového faktoru ovlivňujícího výběr materiálu substrátu, když je dielektrická konstanta (Dk) nižší než 4 a dielektrická ztráta (Df) nižší než 0.010, považuje se to za střední laminát Dk/Df Když je Dk nižší než 3.7 a Df nižší než 0.005, považuje se to za laminát s nízkým Dk/Df. V současné době jsou na trhu dostupné různé substráty.

Dosud existují především tři typy běžně používaných materiálů pro vysokofrekvenční desky plošných spojů: pryskyřice na bázi fluoru, pryskyřice PPO nebo PPE a modifikované epoxidové pryskyřice. Dielektrické substráty řady fluoru, jako je PTFE, mají nejnižší dielektrické vlastnosti a obvykle se používají pro produkty s frekvencí 5 GHz nebo vyšší. Substrát z modifikované epoxidové pryskyřice FR-4 nebo PPO je vhodný pro výrobky s frekvenčním rozsahem 1GHz až 10GHz.

Ve srovnání tří vysokofrekvenčních substrátových materiálů má epoxidová pryskyřice nejnižší cenu, ačkoli fluorová pryskyřice má cenu nejvyšší. Pokud jde o dielektrickou konstantu, dielektrické ztráty, absorpci vody a frekvenční charakteristiky, nejlépe fungují pryskyřice na bázi fluoru, zatímco epoxidové pryskyřice fungují hůře. Pokud je frekvence aplikovaná produktem vyšší než 10 GHz, bude fungovat pouze pryskyřice na bázi fluoru. Mezi nevýhody PTFE patří vysoká cena, nízká tuhost a vysoký koeficient tepelné roztažnosti.

U PTFE lze jako výplňové materiály nebo skelnou tkaninu použít volně ložené anorganické látky (jako je oxid křemičitý), aby se zvýšila tuhost materiálu substrátu a snížil se koeficient tepelné roztažnosti. Kromě toho je vzhledem k inertnosti molekul PTFE obtížné, aby se molekuly PTFE spojily s měděnou fólií, takže musí být realizována speciální povrchová úprava kompatibilní s měděnou fólií. Způsob úpravy spočívá v provedení chemického leptání na povrchu polytetrafluoretylenu pro zvýšení drsnosti povrchu nebo přidání adhezivního filmu pro zvýšení adhezní schopnosti. Při použití této metody mohou být ovlivněny dielektrické vlastnosti a celý vysokofrekvenční obvod na bázi fluoru musí být dále vyvinut.

Jedinečná izolační pryskyřice složená z modifikované epoxidové pryskyřice nebo PPE a TMA, MDI a BMI, plus skelné tkaniny. Podobně jako FR-4 CCL má také vynikající tepelnou odolnost a dielektrické vlastnosti, mechanickou pevnost a vyrobitelnost PCB, díky čemuž je populárnější než substráty na bázi PTFE.

Kromě požadavků na výkon izolačních materiálů, jako jsou pryskyřice, je drsnost povrchu mědi jako vodiče také důležitým faktorem ovlivňujícím ztrátu přenosu signálu, která je výsledkem skinefektu. Kožní efekt je v zásadě takový, že elektromagnetická indukce generovaná při přenosu vysokofrekvenčního signálu a indukčního vedení se tak soustředí ve středu průřezové plochy vedení a hnací proud nebo signál je zaměřen na povrch olova. Drsnost povrchu vodiče hraje klíčovou roli při ovlivňování ztráty přenosového signálu a nízká drsnost vede k velmi malým ztrátám.

Při stejné frekvenci způsobí vysoká drsnost povrchu mědi vysokou ztrátu signálu. Proto musí být drsnost povrchu mědi kontrolována při skutečné výrobě a měla by být co nejnižší, aniž by to ovlivnilo adhezi. Velkou pozornost je třeba věnovat signálům ve frekvenčním rozsahu 10 GHz nebo vyšším. Požaduje se, aby drsnost měděné fólie byla menší než 1μm a nejlépe je použít ultrapovrchovou měděnou fólii s drsností 0.04μm. Drsnost povrchu měděné fólie musí být kombinována s vhodnou oxidační úpravou a pojivovým pryskyřičným systémem. V blízké budoucnosti může existovat měděná fólie bez profilově potažené pryskyřice, která má vyšší pevnost v odlupování, aby se zabránilo ovlivnění dielektrických ztrát.

Vyžaduje vysoký tepelný odpor a vysoký rozptyl

S vývojovým trendem miniaturizace a vysoké funkčnosti má elektronická zařízení tendenci produkovat více tepla, takže požadavky na tepelný management elektronických zařízení jsou stále náročnější. Jedno z řešení tohoto problému spočívá ve výzkumu a vývoji tepelně vodivých PCB. Základní podmínkou pro to, aby deska plošných spojů dobře fungovala z hlediska tepelné odolnosti a rozptylu tepla, je tepelná odolnost a schopnost rozptylu substrátu. Současné zlepšení tepelné vodivosti DPS spočívá ve zlepšení přidávání pryskyřice a náplní, ale funguje pouze v omezené kategorii. Typickou metodou je použití IMS nebo PCB s kovovým jádrem, které fungují jako topné prvky. Ve srovnání s tradičními radiátory a ventilátory má tato metoda výhody malých rozměrů a nízkých nákladů.

Hliník je velmi atraktivní materiál s výhodami bohatých zdrojů, nízké ceny a dobré tepelné vodivosti. A intenzita. Navíc je tak šetrný k životnímu prostředí, že ho používá většina kovových substrátů nebo kovových jader. Vzhledem k výhodám hospodárnosti, spolehlivému elektrickému spojení, tepelné vodivosti a vysoké pevnosti, bezpájivé a bezolovnaté desky s plošnými spoji na bázi hliníku byly použity ve spotřebních výrobcích, automobilech, vojenských zásobách a leteckých výrobcích. Není pochyb o tom, že klíč k tepelné odolnosti a účinnosti rozptylu kovového substrátu spočívá v adhezi mezi kovovou deskou a rovinou obvodu.

Jak určit materiál substrátu vaší desky plošných spojů?

V moderní elektronické době vedla miniaturizace a tenkost elektronických zařízení ke vzniku pevných desek plošných spojů a flexibilních/pevných desek plošných spojů. Jaký typ podkladového materiálu je tedy pro ně vhodný?

Rozšířené oblasti použití pevných desek plošných spojů a flexibilních/pevných desek plošných spojů přinesly nové požadavky na množství a výkon. Například polyimidové fólie lze klasifikovat do různých kategorií, včetně průhledných, bílých, černých a žlutých, s vysokou tepelnou odolností a nízkým koeficientem tepelné roztažnosti pro použití v různých situacích. Podobně bude trhem přijat nákladově efektivní polyesterový filmový substrát díky své vysoké elasticitě, rozměrové stabilitě, kvalitě povrchu filmu, fotoelektrické vazbě a odolnosti vůči životnímu prostředí, aby vyhovoval měnícím se potřebám uživatelů.

Podobně jako tuhé HDI PCB i flexibilní PCB musí splňovat požadavky na vysokorychlostní a vysokofrekvenční přenos signálu a je třeba věnovat pozornost dielektrické konstantě a dielektrické ztrátě pružného materiálu substrátu. Flexibilní obvod může být složen z polytetrafluorethylenu a pokročilého polyimidového substrátu. K polyimidové pryskyřici lze přidat anorganický prach a uhlíková vlákna, čímž vznikne třívrstvý pružný tepelně vodivý substrát. Anorganickým výplňovým materiálem může být nitrid hliníku, oxid hlinitý nebo hexagonální nitrid boru. Tento typ podkladového materiálu má tepelnou vodivost 1.51 W/mK, odolá napětí 2.5 kV a zakřivení 180 stupňů.