Som vi alle ved, er de grundlæggende egenskaber ved PCB (trykt kredsløb) afhænger af ydeevnen af ​​dets substratmateriale. Derfor, for at forbedre ydeevnen af ​​printpladen, skal ydeevnen af ​​substratmaterialet først optimeres. Indtil videre er forskellige nye materialer ved at blive udviklet og anvendt for at opfylde kravene til nye teknologier og markedstendenser.

I de senere år har printplader gennemgået en forvandling. Markedet er hovedsageligt skiftet fra traditionelle hardwareprodukter såsom stationære computere til trådløs kommunikation såsom servere og mobile terminaler. Mobile kommunikationsenheder repræsenteret af smartphones har fremmet udviklingen af ​​højdensitet, lette og multifunktionelle PCB’er. Hvis der ikke er noget substratmateriale, og dets proceskrav er tæt forbundet med printkortets ydeevne, vil teknologien med trykte kredsløb aldrig blive realiseret. Derfor spiller valget af substratmateriale en afgørende rolle for at levere kvaliteten og pålideligheden af ​​PCB’et og det endelige produkt.

Opfyld behovene for høj tæthed og fine linjer

•Krav til kobberfolie

Alle printkort bevæger sig mod højere tæthed og finere kredsløb, især HDI PCB (High Density Interconnect PCB). For ti år siden blev HDI PCB defineret som PCB, og dets linjebredde (L) og linjeafstand (S) var 0.1 mm eller mindre. De nuværende standardværdier for L og S i elektronikindustrien kan dog være så små som 60 μm, og i avancerede tilfælde kan deres værdier være så lave som 40 μm.

Sådan bestemmer du dit PCB-substratmateriale

Den traditionelle metode til dannelse af kredsløbsdiagram er i billeddannelses- og ætsningsprocessen. Med påføring af tynde kobberfoliesubstrater (med en tykkelse i området 9μm til 12μm) når den laveste værdi af L og S 30μm.

På grund af de høje omkostninger ved tynd kobberfolie CCL (Copper Clad Laminate) og mange defekter i stakken, har mange PCB-producenter en tendens til at bruge ætse-kobberfoliemetoden, og kobberfolietykkelsen er sat til 18μm. Faktisk anbefales denne metode ikke, fordi den indeholder for mange procedurer, tykkelsen er svær at kontrollere og fører til højere omkostninger. Som et resultat er tynd kobberfolie bedre. Når pladens L- og S-værdier er mindre end 20μm, virker standard kobberfolien desuden ikke. Endelig anbefales det at bruge ultratynd kobberfolie, fordi dens kobbertykkelse kan justeres i området fra 3μm til 5μm.

Ud over kobberfoliens tykkelse kræver nuværende præcisionskredsløb også en kobberfolieoverflade med lav ruhed. For at forbedre bindingsevnen mellem kobberfolien og substratmaterialet og sikre lederens afskalningsstyrke, udføres grovbearbejdning på kobberfolieplanet, og kobberfoliens generelle ruhed er større end 5μm.

Indlejring af pukkelkobberfolie som basismateriale har til formål at forbedre dets skrælningsstyrke. Men for at kontrollere ledningens præcision væk fra overætsning under kredsløbsætsning, har den en tendens til at forårsage pukkelforurenende stoffer, som kan forårsage en kortslutning mellem ledninger eller et fald i isolationskapacitet, hvilket især påvirker fine kredsløb. Derfor kræves kobberfolie med lav ruhed (mindre end 3 μm eller endda 1.5 μm).

Selvom kobberfoliens ruhed er reduceret, er det stadig nødvendigt at bibeholde lederens afskalningsstyrke, hvilket medfører en særlig overfladebehandling på overfladen af ​​kobberfolien og substratmaterialet, hvilket er med til at sikre skrælningsstyrken af leder.

• Krav til isolerende dielektriske laminater

En af de vigtigste tekniske egenskaber ved HDI PCB ligger i byggeprocessen. Den almindeligt anvendte RCC (resin coated kobber) eller prepreg epoxy glas klud og kobberfolie laminering fører sjældent til fine kredsløb. Det er nu tilbøjeligt til at bruge SAP og MSPA, hvilket betyder anvendelsen af ​​isolerende dielektrisk film lamineret strømløs kobberbelægning til at producere kobberledende planer. Fordi kobberplanet er tyndt, kan der fremstilles fine kredsløb.

Et af SAPs nøglepunkter er at laminere dielektriske materialer. For at opfylde kravene til højdensitets præcisionskredsløb skal der stilles nogle krav til laminatmaterialer, herunder dielektriske egenskaber, isolering, varmebestandighed og limning, samt teknisk tilpasningsevne, der er kompatibel med HDI PCB.

I global halvlederemballage omdannes IC-emballagesubstrater fra keramiske substrater til organiske substrater. Pitch af FC-pakkesubstrater bliver mindre og mindre, så den nuværende typiske værdi for L og S er 15 μm, og den vil være mindre.

Ydeevnen af ​​flerlagssubstrater bør understrege lave dielektriske egenskaber, lav termisk udvidelseskoefficient (CTE) og høj varmemodstand, hvilket refererer til lavprissubstrater, der opfylder ydeevnemålene. I dag kombineres MSPA isolerings dielektrisk stablingsteknologi med tynd kobberfolie, der skal bruges i masseproduktion af præcisionskredsløb. SAP bruges til at fremstille kredsløbsmønstre med både L- og S-værdier mindre end 10 μm.

Den høje tæthed og tyndhed af PCB har fået HDI PCB til at gå fra laminering med kerner til kerner af ethvert lag. For HDI PCB’er med samme funktion reduceres arealet og tykkelsen af ​​PCB’er forbundet på ethvert lag med 25% sammenlignet med dem med kernelaminater. Det er nødvendigt at påføre et tyndere dielektrisk lag med bedre elektriske egenskaber i disse to HDI PCB’er.

Requires export from high frequency and high speed

Elektronisk kommunikationsteknologi spænder fra kablet til trådløs, fra lav frekvens og lav hastighed til høj frekvens og høj hastighed. Ydeevnen for smartphones har udviklet sig fra 4G til 5G, hvilket kræver hurtigere transmissionshastigheder og større transmissionsvolumener.

Fremkomsten af ​​den globale cloud computing-æra har ført til en multipel stigning i datatrafik, og der er en klar tendens til højfrekvent og højhastighedskommunikationsudstyr. For at opfylde kravene til højfrekvent og højhastighedstransmission, ud over at reducere signalinterferens og forbrug, er signalintegritet og fremstilling kompatible med designkravene til PCB-design, højtydende materialer er det vigtigste element.

En ingeniørs hovedopgave er at reducere egenskaberne ved elektrisk signaltab for at øge PCB-hastigheden og løse signalintegritetsproblemer. Baseret på PCBCarts mere end ti års produktionsydelser, som en nøglefaktor, der påvirker valget af substratmateriale, betragtes det som en dielektrisk konstant (Dk) er lavere end 4 og det dielektriske tab (Df) er lavere end 0.010. mellemliggende Dk/Df laminat Når Dk er lavere end 3.7 og Df er lavere end 0.005, betragtes det som et lavt Dk/Df laminat. I øjeblikket er en række forskellige substratmaterialer tilgængelige på markedet.

Indtil videre er der hovedsageligt tre typer almindeligt anvendte højfrekvente printkortsubstratmaterialer: fluorbaserede harpikser, PPO- eller PPE-harpikser og modificerede epoxyharpikser. Fluor-seriens dielektriske substrater, såsom PTFE, har de laveste dielektriske egenskaber og bruges normalt til produkter med en frekvens på 5 GHz eller højere. Det modificerede epoxyharpiks FR-4- eller PPO-substrat er velegnet til produkter med et frekvensområde på 1GHz til 10GHz.

Ved at sammenligne de tre højfrekvente substratmaterialer har epoxyharpiks den laveste pris, selvom fluorharpiks har den højeste pris. Med hensyn til dielektrisk konstant, dielektrisk tab, vandabsorption og frekvenskarakteristika klarer fluorbaserede harpikser sig bedst, mens epoxyharpikser klarer sig dårligere. Når frekvensen påført af produktet er højere end 10GHz, vil kun den fluorbaserede harpiks fungere. Ulemperne ved PTFE omfatter høje omkostninger, dårlig stivhed og høj termisk udvidelseskoefficient.

For PTFE kan bulk uorganiske stoffer (såsom silica) bruges som fyldmaterialer eller glasdug for at øge stivheden af ​​substratmaterialet og reducere termisk udvidelseskoefficient. På grund af PTFE-molekylernes inerthed er det desuden svært for PTFE-molekylerne at binde sig til kobberfolien, så der skal realiseres en særlig overfladebehandling, der er kompatibel med kobberfolien. Behandlingsmetoden er at udføre kemisk ætsning på overfladen af ​​polytetrafluorethylen for at øge overfladens ruhed eller at tilføje en klæbende film for at øge vedhæftningsevnen. Ved anvendelse af denne metode kan de dielektriske egenskaber blive påvirket, og hele det fluorbaserede højfrekvente kredsløb skal videreudvikles.

Unique insulating resin composed of modified epoxy resin or PPE and TMA, MDI and BMI, plus glass cloth. Similar to FR-4 CCL, it also has excellent heat resistance and dielectric properties, mechanical strength, and PCB manufacturability, all of which make it more popular than PTFE-based substrates.

Ud over ydeevnekravene til isoleringsmaterialer såsom harpiks, er overfladeruheden af ​​kobber som leder også en vigtig faktor, der påvirker signaltransmissionstabet, som er resultatet af hudeffekten. Grundlæggende er hudeffekten, at den elektromagnetiske induktion, der genereres på den højfrekvente signaltransmission og den induktive ledning, bliver så koncentreret i midten af ​​ledningens tværsnitsareal, og drivstrømmen eller signalet er fokuseret på blyets overflade. Lederens overfladeruhed spiller en nøglerolle i at påvirke tabet af transmissionssignalet, og lav ruhed fører til meget små tab.

Ved samme frekvens vil kobbers høje overfladeruhed forårsage højt signaltab. Derfor skal ruheden af ​​overfladekobber kontrolleres i den faktiske fremstilling, og den skal være så lav som muligt uden at påvirke vedhæftningen. Der skal lægges stor vægt på signaler i frekvensområdet 10 GHz eller højere. Ruheden af ​​kobberfolie skal være mindre end 1μm, og det er bedst at bruge ultra-overflade kobberfolie med en ruhed på 0.04μm. Kobberfoliens overfladeruhed skal kombineres med et passende oxidationsbehandlings- og bindeharpikssystem. I den nærmeste fremtid kan der være en kobberfolie uden profilbelagt harpiks, som har en højere skrælningsstyrke for at forhindre, at det dielektriske tab bliver påvirket.

Kræver høj termisk modstand og høj dissipation

Med udviklingstendensen med miniaturisering og høj funktionalitet har elektronisk udstyr en tendens til at generere mere varme, så kravene til termisk styring af elektronisk udstyr bliver mere og mere krævende. En af løsningerne på dette problem ligger i forskning og udvikling af termisk ledende PCB’er. Den grundlæggende betingelse for, at PCB kan fungere godt med hensyn til varmemodstand og -afledning, er substratets varmemodstand og -afledningsevne. Den nuværende forbedring af PCB’s varmeledningsevne ligger i forbedringen af ​​harpiks og fyldningstilsætning, men det virker kun i en begrænset kategori. Den typiske metode er at bruge IMS eller metal core PCB, som fungerer som varmeelementer. Sammenlignet med traditionelle radiatorer og ventilatorer har denne metode fordelene ved lille størrelse og lave omkostninger.

Aluminium er et meget attraktivt materiale med fordelene ved rigelige ressourcer, lave omkostninger og god varmeledningsevne. Og intensitet. Derudover er den så miljøvenlig, at den bruges af de fleste metalsubstrater eller metalkerner. På grund af fordelene ved økonomi, pålidelig elektrisk forbindelse, termisk ledningsevne og høj styrke, er loddefri og blyfri, aluminium-baserede printplader blevet brugt i forbrugerprodukter, biler, militære forsyninger og rumfartsprodukter. Der er ingen tvivl om, at nøglen til metalsubstratets varmemodstand og -afledningsevne ligger i vedhæftningen mellem metalpladen og kredsløbsplanet.

Hvordan bestemmer man substratmaterialet på dit PCB?

I den moderne elektroniske tidsalder har miniaturiseringen og tyndheden af ​​elektroniske enheder ført til fremkomsten af ​​stive PCB’er og fleksible/stive PCB’er. Så hvilken type substratmateriale er egnet til dem?

Øgede anvendelsesområder for stive PCB’er og fleksible/stive PCB’er har medført nye krav med hensyn til mængde og ydeevne. For eksempel kan polyimidfilm klassificeres i forskellige kategorier, herunder transparente, hvide, sorte og gule, med høj varmebestandighed og lav termisk udvidelseskoefficient til anvendelse i forskellige situationer. Tilsvarende vil det omkostningseffektive polyesterfilmsubstrat blive accepteret af markedet på grund af dets høje elasticitet, dimensionsstabilitet, filmoverfladekvalitet, fotoelektriske kobling og miljøbestandighed for at imødekomme brugernes skiftende behov.

I lighed med stive HDI PCB skal fleksible PCB opfylde kravene til højhastigheds- og højfrekvent signaltransmission, og der skal lægges vægt på dielektrisk konstant og dielektrisk tab af det fleksible substratmateriale. Det fleksible kredsløb kan være sammensat af polytetrafluorethylen og avanceret polyimidsubstrat. Uorganisk støv og kulfiber kan tilsættes til polyimidharpiksen for at resultere i et tre-lags fleksibelt termisk ledende substrat. Det uorganiske fyldstofmateriale kan være aluminiumnitrid, aluminiumoxid eller hexagonalt bornitrid. Denne type substratmateriale har en termisk ledningsevne på 1.51W/mK, kan modstå en spænding på 2.5kV og en krumning på 180 grader.