Wie wir alle wissen, sind die grundlegenden Eigenschaften von PCB (Leiterplatte) hängen von der Leistung ihres Trägermaterials ab. Um die Leistung der Leiterplatte zu verbessern, muss daher zuerst die Leistung des Substratmaterials optimiert werden. Bisher werden verschiedene neue Materialien entwickelt und eingesetzt, um den Anforderungen neuer Technologien und Markttrends gerecht zu werden.

Leiterplatten haben in den letzten Jahren einen Wandel durchgemacht. Der Markt hat sich hauptsächlich von traditionellen Hardwareprodukten wie Desktop-Computern hin zu drahtloser Kommunikation wie Servern und mobilen Endgeräten verlagert. Durch Smartphones repräsentierte mobile Kommunikationsgeräte haben die Entwicklung von hochdichten, leichten und multifunktionalen PCBs gefördert. Wenn kein Substratmaterial vorhanden ist und dessen Prozessanforderungen eng mit der Leistung der Leiterplatte verknüpft sind, wird die gedruckte Schaltungstechnologie nie realisiert. Daher spielt die Wahl des Substratmaterials eine entscheidende Rolle für die Qualität und Zuverlässigkeit der Leiterplatte und des Endprodukts.

Erfüllen Sie die Anforderungen von hoher Dichte und feinen Linien

•Anforderungen an Kupferfolie

Alle Leiterplatten bewegen sich in Richtung höherer Dichte und feinerer Schaltungen, insbesondere HDI-PCB (High Density Interconnect PCB). Vor zehn Jahren wurde HDI PCB als PCB definiert und seine Linienbreite (L) und der Linienabstand (S) betrugen 0.1 mm oder weniger. Die aktuellen Standardwerte von L und S in der Elektronikindustrie können jedoch bis zu 60 μm betragen, und in fortgeschrittenen Fällen können ihre Werte sogar bis zu 40 μm betragen.

So bestimmen Sie Ihr PCB-Substratmaterial

Das traditionelle Verfahren zur Bildung von Schaltplänen ist der Abbildungs- und Ätzprozess. Bei Verwendung von dünnen Kupferfoliensubstraten (mit einer Dicke im Bereich von 9 μm bis 12 μm) erreicht der niedrigste Wert von L und S 30 μm.

Aufgrund der hohen Kosten der dünnen Kupferfolie CCL (Copper Clad Laminate) und vieler Fehler im Stapel neigen viele PCB-Hersteller dazu, das Ätz-Kupferfolien-Verfahren zu verwenden, und die Kupferfoliendicke wird auf 18 μm eingestellt. Tatsächlich wird diese Methode nicht empfohlen, da sie zu viele Verfahren enthält, die Dicke schwer zu kontrollieren ist und zu höheren Kosten führt. Als Ergebnis ist dünne Kupferfolie besser. Darüber hinaus funktioniert die Standard-Kupferfolie nicht, wenn die L- und S-Werte der Platine weniger als 20 μm betragen. Schließlich wird empfohlen, ultradünne Kupferfolie zu verwenden, da ihre Kupferdicke im Bereich von 3μm bis 5μm eingestellt werden kann.

Neben der Dicke der Kupferfolie erfordern aktuelle Präzisionsschaltungen auch eine Kupferfolienoberfläche mit geringer Rauheit. Um die Bindungsfähigkeit zwischen der Kupferfolie und dem Substratmaterial zu verbessern und die Abziehfestigkeit des Leiters sicherzustellen, wird eine Grobbearbeitung auf der Kupferfolienebene durchgeführt, und die allgemeine Rauheit der Kupferfolie beträgt mehr als 5 µm.

Die Einbettung von Buckelkupferfolie als Basismaterial soll die Schälfestigkeit verbessern. Um jedoch die Zuleitungspräzision vom Überätzen während des Ätzens von Schaltungen fernzuhalten, neigt es dazu, Buckelverunreinigungen zu verursachen, die einen Kurzschluss zwischen den Leitungen oder eine Verringerung der Isolationskapazität verursachen können, was insbesondere feine Schaltungen betrifft. Daher ist eine Kupferfolie mit geringer Rauheit (weniger als 3 µm oder sogar 1.5 µm) erforderlich.

Obwohl die Rauheit der Kupferfolie reduziert wird, ist es dennoch notwendig, die Schälfestigkeit des Leiters beizubehalten, was eine spezielle Oberflächenbehandlung an der Oberfläche der Kupferfolie und des Trägermaterials bewirkt, die dazu beiträgt, die Schälfestigkeit des Dirigent.

• Anforderungen an isolierende dielektrische Laminate

Eine der wichtigsten technischen Eigenschaften von HDI PCB liegt im Konstruktionsprozess. Die häufig verwendeten RCC (Resin Coated Copper) oder Prepreg Epoxy Glasgewebe und Kupferfolienkaschierung führen selten zu feinen Schaltungen. Es ist jetzt geneigt, SAP und MSPA zu verwenden, was die Anwendung einer isolierenden, dielektrischen Schicht laminierten stromlosen Kupferplattierung bedeutet, um leitende Kupferflächen zu erzeugen. Da die Kupferebene dünn ist, können feine Schaltungen hergestellt werden.

Einer der Kernpunkte von SAP ist das Laminieren von dielektrischen Materialien. Um die Anforderungen hochdichter Präzisionsschaltungen zu erfüllen, müssen einige Anforderungen an Laminatmaterialien gestellt werden, einschließlich dielektrischer Eigenschaften, Isolierung, Hitzebeständigkeit und Haftung sowie technischer Anpassungsfähigkeit, die mit HDI-Leiterplatten kompatibel sind.

Beim globalen Halbleiter-Packaging werden IC-Packaging-Substrate von keramischen Substraten in organische Substrate umgewandelt. Der Abstand von FC-Package-Substraten wird immer kleiner, so dass der aktuelle typische Wert von L und S 15 &mgr;m beträgt und kleiner wird.

Die Leistung von mehrschichtigen Substraten sollte niedrige dielektrische Eigenschaften, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) und eine hohe Wärmebeständigkeit hervorheben, was sich auf kostengünstige Substrate bezieht, die die Leistungsziele erfüllen. Heutzutage wird die MSPA-Isolations-Dielektrikum-Stacking-Technologie mit einer dünnen Kupferfolie kombiniert, um in der Massenproduktion von Präzisionsschaltungen verwendet zu werden. SAP wird verwendet, um Schaltungsmuster mit L- und S-Werten von weniger als 10 μm herzustellen.

Die hohe Dichte und Dünne von PCBs haben dazu geführt, dass HDI-PCBs von der Laminierung mit Kernen zu Kernen jeder Schicht übergegangen sind. Bei HDI-Leiterplatten mit gleicher Funktion werden die Fläche und die Dicke der Leiterplatten, die auf jeder Schicht verbunden sind, im Vergleich zu denen mit Kernlaminaten um 25 % reduziert. Bei diesen beiden HDI-Leiterplatten ist es erforderlich, eine dünnere dielektrische Schicht mit besseren elektrischen Eigenschaften aufzubringen.

Erfordert Export mit hoher Frequenz und hoher Geschwindigkeit

Die elektronische Kommunikationstechnologie reicht von drahtgebunden bis drahtlos, von Niederfrequenz und niedriger Geschwindigkeit bis hin zu Hochfrequenz und hoher Geschwindigkeit. Die Leistung von Smartphones hat sich von 4G zu 5G entwickelt und erfordert schnellere Übertragungsgeschwindigkeiten und größere Übertragungsmengen.

Das Aufkommen des globalen Cloud-Computing-Zeitalters hat zu einem mehrfachen Anstieg des Datenverkehrs geführt, und es gibt einen klaren Trend zu Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsgeräten. Um den Anforderungen der Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsübertragung gerecht zu werden, sind neben der Reduzierung von Signalstörungen und -verbrauch, Signalintegrität und Herstellung kompatibel mit den Designanforderungen des PCB-Designs, Hochleistungsmaterialien das wichtigste Element.

Die Hauptaufgabe eines Ingenieurs besteht darin, die Eigenschaften des elektrischen Signalverlusts zu reduzieren, um die PCB-Geschwindigkeit zu erhöhen und Probleme mit der Signalintegrität zu lösen. Basierend auf den mehr als zehn Jahren Erfahrung in der Herstellung von PCBCart wird es als Schlüsselfaktor für die Wahl des Substratmaterials angesehen, wenn die Dielektrizitätskonstante (Dk) niedriger als 4 und der Dielektrizitätsverlust (Df) niedriger als 0.010 ist mittleres Dk/Df-Laminat Wenn Dk niedriger als 3.7 und Df niedriger als 0.005 ist, wird es als Laminat mit niedrigem Dk/Df betrachtet. Derzeit ist eine Vielzahl von Substratmaterialien auf dem Markt erhältlich.

Bisher gibt es hauptsächlich drei Arten von gebräuchlichen Substratmaterialien für Hochfrequenz-Leiterplatten: fluorbasierte Harze, PPO- oder PPE-Harze und modifizierte Epoxidharze. Die dielektrischen Substrate der Fluor-Reihe, wie PTFE, haben die niedrigsten dielektrischen Eigenschaften und werden normalerweise für Produkte mit einer Frequenz von 5 GHz oder höher verwendet. Das modifizierte Epoxidharz FR-4 oder PPO Substrat eignet sich für Produkte mit einem Frequenzbereich von 1GHz bis 10GHz.

Im Vergleich der drei Hochfrequenz-Substratmaterialien hat Epoxidharz den niedrigsten Preis, während Fluorharz den höchsten Preis hat. In Bezug auf Dielektrizitätskonstante, dielektrischen Verlust, Wasserabsorption und Frequenzeigenschaften schneiden Harze auf Fluorbasis am besten ab, während Epoxidharze schlechter abschneiden. Wenn die vom Produkt angewendete Frequenz höher als 10 GHz ist, funktioniert nur das Harz auf Fluorbasis. Zu den Nachteilen von PTFE gehören hohe Kosten, schlechte Steifigkeit und ein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient.

Für PTFE können anorganische Massensubstanzen (wie Siliziumdioxid) als Füllmaterialien oder Glasgewebe verwendet werden, um die Steifigkeit des Substratmaterials zu erhöhen und den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verringern. Außerdem ist es aufgrund der Trägheit der PTFE-Moleküle für die PTFE-Moleküle schwierig, sich mit der Kupferfolie zu verbinden, so dass eine spezielle Oberflächenbehandlung, die mit der Kupferfolie kompatibel ist, realisiert werden muss. Das Behandlungsverfahren besteht darin, ein chemisches Ätzen auf der Oberfläche des Polytetrafluorethylens durchzuführen, um die Oberflächenrauhigkeit zu erhöhen, oder einen Klebefilm hinzuzufügen, um die Haftfähigkeit zu erhöhen. Bei Anwendung dieses Verfahrens können die dielektrischen Eigenschaften beeinträchtigt werden und die gesamte Hochfrequenzschaltung auf Fluorbasis muss weiterentwickelt werden.

Einzigartiges Isolierharz bestehend aus modifiziertem Epoxidharz oder PPE und TMA, MDI und BMI sowie Glasgewebe. Ähnlich wie FR-4 CCL verfügt es auch über eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und dielektrische Eigenschaften, mechanische Festigkeit und PCB-Herstellbarkeit, was es alle beliebter macht als PTFE-basierte Substrate.

Neben den Leistungsanforderungen von Isoliermaterialien wie Harzen ist auch die Oberflächenrauheit von Kupfer als Leiter ein wichtiger Faktor für die Signalübertragungsverluste, die das Ergebnis des Skin-Effekts sind. Grundsätzlich besteht der Skin-Effekt darin, dass sich die elektromagnetische Induktion, die bei der Hochfrequenz-Signalübertragung und der induktiven Leitung erzeugt wird, in der Mitte der Querschnittsfläche der Leitung konzentriert und der Antriebsstrom oder das Signal auf die Oberfläche der Leitung. Die Oberflächenrauhigkeit des Leiters spielt eine Schlüsselrolle bei der Beeinflussung des Verlusts des Übertragungssignals, und eine geringe Rauhigkeit führt zu sehr geringen Verlusten.

Bei gleicher Frequenz verursacht die hohe Oberflächenrauheit von Kupfer einen hohen Signalverlust. Daher muss die Rauheit des Oberflächenkupfers bei der tatsächlichen Herstellung kontrolliert werden und sollte so gering wie möglich sein, ohne die Haftung zu beeinträchtigen. Signalen im Frequenzbereich von 10 GHz oder höher ist große Aufmerksamkeit zu schenken. Die Rauheit der Kupferfolie muss weniger als 1 μm betragen, und es ist am besten, eine Ultra-Surface-Kupferfolie mit einer Rauheit von 0.04 μm zu verwenden. Die Oberflächenrauhigkeit der Kupferfolie muss mit einer geeigneten Oxidationsbehandlung und einem geeigneten Haftharzsystem kombiniert werden. In naher Zukunft wird es möglicherweise eine Kupferfolie ohne profilbeschichtetes Harz geben, die eine höhere Schälfestigkeit aufweist, um die dielektrischen Verluste nicht zu beeinträchtigen.

Erfordert einen hohen thermischen Widerstand und eine hohe Verlustleistung

Mit dem Entwicklungstrend der Miniaturisierung und hoher Funktionalität neigen elektronische Geräte dazu, mehr Wärme zu erzeugen, so dass die Anforderungen an das Wärmemanagement von elektronischen Geräten immer anspruchsvoller werden. Eine der Lösungen für dieses Problem liegt in der Erforschung und Entwicklung von wärmeleitenden Leiterplatten. Die Grundvoraussetzung für eine gute Leistung von PCB in Bezug auf Wärmebeständigkeit und Ableitung ist die Wärmebeständigkeit und Ableitungsfähigkeit des Substrats. Die derzeitige Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von PCB liegt in der Verbesserung der Harz- und Füllstoffzugabe, funktioniert jedoch nur in einer begrenzten Kategorie. Die typische Methode ist die Verwendung von IMS oder Metallkern-PCB, die als Heizelemente fungieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Radiatoren und Lüftern hat diese Methode die Vorteile der geringen Größe und der geringen Kosten.

Aluminium ist ein sehr attraktives Material mit den Vorteilen reichlich vorhandener Ressourcen, geringer Kosten und guter Wärmeleitfähigkeit. Und Intensität. Darüber hinaus ist es so umweltfreundlich, dass es von den meisten Metallsubstraten oder Metallkernen verwendet wird. Aufgrund der Vorteile der Wirtschaftlichkeit, der zuverlässigen elektrischen Verbindung, der Wärmeleitfähigkeit und der hohen Festigkeit wurden löt- und bleifreie Leiterplatten auf Aluminiumbasis in Konsumgütern, Automobilen, Militärbedarf und Luft- und Raumfahrtprodukten verwendet. Es besteht kein Zweifel, dass der Schlüssel zur Wärmebeständigkeit und Ableitungsleistung des Metallsubstrats in der Haftung zwischen der Metallplatte und der Schaltungsebene liegt.

Wie bestimmen Sie das Substratmaterial Ihrer Leiterplatte?

Im modernen elektronischen Zeitalter hat die Miniaturisierung und Dünne elektronischer Geräte zur Entstehung von starren Leiterplatten und flexiblen/starren Leiterplatten geführt. Welche Art von Trägermaterial ist also für sie geeignet?

Verstärkte Anwendungsgebiete von starren Leiterplatten und flexiblen/starren Leiterplatten haben neue Anforderungen an Menge und Leistung mit sich gebracht. Zum Beispiel können Polyimidfilme in verschiedene Kategorien eingeteilt werden, einschließlich transparent, weiß, schwarz und gelb, mit hoher Wärmebeständigkeit und niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten zur Anwendung in verschiedenen Situationen. Ebenso wird das kostengünstige Polyesterfoliensubstrat aufgrund seiner hohen Elastizität, Dimensionsstabilität, Folienoberflächenqualität, photoelektrischen Kopplung und Umweltbeständigkeit vom Markt akzeptiert, um den sich ändernden Anforderungen der Benutzer gerecht zu werden.

Ähnlich wie starre HDI-Leiterplatten müssen flexible Leiterplatten die Anforderungen der Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenz-Signalübertragung erfüllen, und es muss auf die Dielektrizitätskonstante und den dielektrischen Verlust des flexiblen Substratmaterials geachtet werden. Die flexible Schaltung kann aus Polytetrafluorethylen und einem fortschrittlichen Polyimid-Substrat bestehen. Anorganischer Staub und Kohlefasern können dem Polyimidharz zugesetzt werden, um ein dreischichtiges flexibles wärmeleitendes Substrat zu erhalten. Das anorganische Füllmaterial kann Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder hexagonales Bornitrid sein. Diese Art von Substratmaterial hat eine Wärmeleitfähigkeit von 1.51 W/mK, kann einer Spannung von 2.5 kV und einer Krümmung von 180 Grad widerstehen.