Como todos sabemos, las propiedades básicas de PCB (placa de circuito impreso) dependen del rendimiento de su material de sustrato. Por lo tanto, para mejorar el rendimiento de la placa de circuito, primero se debe optimizar el rendimiento del material del sustrato. Hasta ahora, se están desarrollando y aplicando varios materiales nuevos para cumplir con los requisitos de las nuevas tecnologías y las tendencias del mercado.

En los últimos años, las placas de circuitos impresos han sufrido una transformación. El mercado ha pasado principalmente de productos de hardware tradicionales, como computadoras de escritorio, a comunicaciones inalámbricas, como servidores y terminales móviles. Los dispositivos de comunicación móvil representados por teléfonos inteligentes han promovido el desarrollo de PCB de alta densidad, ligeros y multifuncionales. Si no hay material de sustrato y los requisitos de su proceso están estrechamente relacionados con el rendimiento de la PCB, la tecnología de circuitos impresos nunca se realizará. Por lo tanto, la elección del material del sustrato juega un papel vital para proporcionar la calidad y confiabilidad de la PCB y del producto final.

Satisfaga las necesidades de alta densidad y líneas finas.

• Requisitos para láminas de cobre

Todas las placas de PCB se están moviendo hacia circuitos más finos y de mayor densidad, especialmente HDI PCB (PCB de interconexión de alta densidad). Hace diez años, HDI PCB se definió como PCB, y su ancho de línea (L) y su espaciado de línea (S) eran de 0.1 mm o menos. Sin embargo, los valores estándar actuales de L y S en la industria electrónica pueden ser tan pequeños como 60 μm y, en casos avanzados, sus valores pueden ser tan bajos como 40 μm.

Cómo determinar el material de sustrato de PCB

El método tradicional de formación de diagramas de circuitos es el proceso de formación de imágenes y grabado. Con la aplicación de sustratos de láminas de cobre delgadas (con un espesor en el rango de 9 μm a 12 μm), el valor más bajo de L y S alcanza los 30 μm.

Debido al alto costo de la lámina de cobre delgada CCL (laminado revestido de cobre) y muchos defectos en la pila, muchos fabricantes de PCB tienden a utilizar el método de lámina de cobre de grabado, y el espesor de la lámina de cobre se establece en 18 μm. De hecho, este método no se recomienda porque contiene demasiados procedimientos, el grosor es difícil de controlar y conlleva mayores costos. Como resultado, la lámina de cobre delgada es mejor. Además, cuando los valores L y S de la placa son inferiores a 20 μm, la lámina de cobre estándar no funciona. Por último, se recomienda utilizar una lámina de cobre ultrafina, ya que su espesor de cobre se puede ajustar en el rango de 3μm a 5μm.

Además del grosor de la lámina de cobre, los circuitos de precisión actuales también requieren una superficie de lámina de cobre con baja rugosidad. Para mejorar la capacidad de unión entre la lámina de cobre y el material del sustrato y garantizar la resistencia al pelado del conductor, se realiza un procesamiento aproximado en el plano de la lámina de cobre y la rugosidad general de la lámina de cobre es superior a 5 μm.

La incrustación de lámina de cobre de joroba como material base tiene como objetivo mejorar su resistencia al pelado. Sin embargo, para controlar la precisión del cable lejos del sobregrabado durante el grabado del circuito, tiende a causar contaminantes de joroba, que pueden causar un cortocircuito entre líneas o una disminución en la capacidad de aislamiento, lo que afecta particularmente a los circuitos finos. Por lo tanto, se requiere una lámina de cobre con baja rugosidad (menos de 3 μm o incluso 1.5 μm).

Aunque se reduce la rugosidad de la lámina de cobre, sigue siendo necesario conservar la resistencia al pelado del conductor, lo que provoca un tratamiento superficial especial en la superficie de la lámina de cobre y el material del sustrato, lo que ayuda a garantizar la resistencia al pelado del conductor.

• Requisitos para aislar laminados dieléctricos

Una de las principales características técnicas de HDI PCB radica en el proceso de construcción. El RCC (cobre recubierto de resina) de uso común o la tela de vidrio epoxi preimpregnado y la laminación de lámina de cobre rara vez conducen a circuitos finos. Ahora se inclina por utilizar SAP y MSPA, lo que significa la aplicación de un revestimiento de cobre no electrolítico laminado con película dieléctrica aislante para producir planos conductores de cobre. Debido a que el plano de cobre es delgado, se pueden producir circuitos finos.

Uno de los puntos clave de SAP es laminar materiales dieléctricos. Para cumplir con los requisitos de los circuitos de precisión de alta densidad, se deben establecer algunos requisitos para los materiales laminados, incluidas las propiedades dieléctricas, el aislamiento, la resistencia al calor y la unión, así como la adaptabilidad técnica compatible con HDI PCB.

En el envasado global de semiconductores, los sustratos de envasado de circuitos integrados se convierten de sustratos cerámicos en sustratos orgánicos. El paso de los sustratos del paquete FC es cada vez más pequeño, por lo que el valor típico actual de L y S es de 15 μm, y será más pequeño.

El rendimiento de los sustratos multicapa debe enfatizar las propiedades dieléctricas bajas, la expansión térmica de bajo coeficiente (CTE) y la alta resistencia al calor, que se refiere a sustratos de bajo costo que cumplen con los objetivos de rendimiento. Hoy en día, la tecnología de apilamiento dieléctrico de aislamiento MSPA se combina con una fina lámina de cobre para su uso en la producción en masa de circuitos de precisión. SAP se utiliza para fabricar patrones de circuitos con valores de L y S inferiores a 10 μm.

La alta densidad y la delgadez de los PCB han provocado que los PCB HDI pasen de la laminación con núcleos a núcleos de cualquier capa. Para las placas de circuito impreso HDI con la misma función, el área y el grosor de las placas de circuito impreso interconectadas en cualquier capa se reducen en un 25% en comparación con aquellas con laminados de núcleo. Es necesario aplicar una capa dieléctrica más fina con mejores propiedades eléctricas en estos dos PCB HDI.

Requiere exportación de alta frecuencia y alta velocidad.

La tecnología de comunicación electrónica varía desde cableada hasta inalámbrica, desde baja frecuencia y baja velocidad hasta alta frecuencia y alta velocidad. El rendimiento de los teléfonos inteligentes ha evolucionado de 4G a 5G, lo que requiere velocidades de transmisión más rápidas y mayores volúmenes de transmisión.

El advenimiento de la era de la computación en la nube global ha llevado a un aumento múltiple en el tráfico de datos, y existe una clara tendencia hacia los equipos de comunicación de alta frecuencia y alta velocidad. Para cumplir con los requisitos de transmisión de alta frecuencia y alta velocidad, además de reducir la interferencia y el consumo de la señal, la integridad de la señal y la fabricación son compatibles con los requisitos de diseño del diseño de PCB, los materiales de alto rendimiento son el elemento más importante.

El trabajo principal de un ingeniero es reducir las propiedades de la pérdida de señal eléctrica para aumentar la velocidad de la PCB y resolver problemas de integridad de la señal. Basado en los más de diez años de servicios de fabricación de PCBCart, como factor clave que afecta la elección del material del sustrato, cuando la constante dieléctrica (Dk) es menor que 4 y la pérdida dieléctrica (Df) es menor que 0.010, se considera como un Laminado intermedio Dk / Df Cuando Dk es inferior a 3.7 y Df es inferior a 0.005, se considera un laminado de Dk / Df bajo. Actualmente, hay una variedad de materiales de sustrato disponibles en el mercado.

Hasta ahora, existen principalmente tres tipos de materiales de sustrato de placa de circuito de alta frecuencia de uso común: resinas a base de flúor, resinas PPO o PPE y resinas epoxi modificadas. Los sustratos dieléctricos de la serie flúor, como el PTFE, tienen las propiedades dieléctricas más bajas y generalmente se utilizan para productos con una frecuencia de 5 GHz o superior. El sustrato de resina epoxi modificada FR-4 o PPO es adecuado para productos con un rango de frecuencia de 1GHz a 10GHz.

Comparando los tres materiales de sustrato de alta frecuencia, la resina epoxi tiene el precio más bajo, aunque la resina de flúor tiene el precio más alto. En términos de constante dieléctrica, pérdida dieléctrica, absorción de agua y características de frecuencia, las resinas a base de flúor funcionan mejor, mientras que las resinas epoxi funcionan peor. Cuando la frecuencia aplicada por el producto es superior a 10 GHz, solo funcionará la resina a base de flúor. Las desventajas del PTFE incluyen alto costo, poca rigidez y alto coeficiente de expansión térmica.

Para el PTFE, las sustancias inorgánicas a granel (como la sílice) se pueden usar como materiales de relleno o tela de vidrio para mejorar la rigidez del material del sustrato y reducir el coeficiente de expansión térmica. Además, debido a la inercia de las moléculas de PTFE, es difícil que las moléculas de PTFE se adhieran a la lámina de cobre, por lo que se debe realizar un tratamiento superficial especial compatible con la lámina de cobre. El método de tratamiento consiste en realizar un grabado químico en la superficie del politetrafluoroetileno para aumentar la rugosidad de la superficie o agregar una película adhesiva para aumentar la capacidad de adhesión. Con la aplicación de este método, las propiedades dieléctricas pueden verse afectadas y todo el circuito de alta frecuencia basado en flúor debe desarrollarse más.

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.

Además de los requisitos de rendimiento de los materiales aislantes como las resinas, la rugosidad de la superficie del cobre como conductor también es un factor importante que afecta la pérdida de transmisión de la señal, que es el resultado del efecto piel. Básicamente, el efecto piel es que la inducción electromagnética generada en la transmisión de la señal de alta frecuencia y el cable inductivo se concentra tanto en el centro del área de la sección transversal del cable, y la corriente o señal de conducción se enfoca en el superficie del plomo. La rugosidad de la superficie del conductor juega un papel clave al influir en la pérdida de la señal de transmisión, y una baja rugosidad conduce a una pérdida muy pequeña.

A la misma frecuencia, la alta rugosidad de la superficie del cobre provocará una gran pérdida de señal. Por lo tanto, la rugosidad de la superficie de cobre debe controlarse en la fabricación real, y debe ser lo más baja posible sin afectar la adherencia. Se debe prestar mucha atención a las señales en el rango de frecuencia de 10 GHz o superior. Se requiere que la rugosidad de la lámina de cobre sea inferior a 1μm, y es mejor utilizar lámina de cobre ultra superficial con una rugosidad de 0.04μm. La rugosidad de la superficie de la hoja de cobre debe combinarse con un tratamiento de oxidación adecuado y un sistema de resina de unión. En un futuro próximo, puede haber una lámina de cobre sin resina revestida de perfil, que tiene una mayor resistencia al pelado para evitar que se afecte la pérdida dieléctrica.

Requiere alta resistencia térmica y alta disipación.

Con la tendencia de desarrollo de la miniaturización y la alta funcionalidad, los equipos electrónicos tienden a generar más calor, por lo que los requisitos de gestión térmica de los equipos electrónicos son cada vez más exigentes. Una de las soluciones a este problema radica en la investigación y el desarrollo de PCB conductores térmicos. La condición básica para que la PCB funcione bien en términos de resistencia al calor y disipación es la resistencia al calor y la capacidad de disipación del sustrato. La mejora actual en la conductividad térmica de PCB radica en la mejora de la adición de resina y relleno, pero solo funciona en una categoría limitada. El método típico es utilizar IMS o PCB con núcleo metálico, que actúan como elementos calefactores. En comparación con los radiadores y ventiladores tradicionales, este método tiene las ventajas de un tamaño pequeño y un bajo costo.

El aluminio es un material muy atractivo con las ventajas de abundantes recursos, bajo costo y buena conductividad térmica. E intensidad. Además, es tan respetuoso con el medio ambiente que lo utilizan la mayoría de sustratos metálicos o núcleos metálicos. Debido a las ventajas de la economía, la conexión eléctrica confiable, la conductividad térmica y las placas de circuito de aluminio de alta resistencia, sin soldadura y sin plomo, se han utilizado en productos de consumo, automóviles, suministros militares y productos aeroespaciales. No hay duda de que la clave para la resistencia al calor y el rendimiento de disipación del sustrato metálico reside en la adhesión entre la placa metálica y el plano del circuito.

¿Cómo determinar el material de sustrato de su PCB?

En la era electrónica moderna, la miniaturización y la delgadez de los dispositivos electrónicos ha llevado a la aparición de PCB rígidos y PCB flexibles / rígidos. Entonces, ¿qué tipo de material de sustrato es adecuado para ellos?

El aumento de las áreas de aplicación de PCB rígidos y PCB flexibles / rígidos ha traído nuevos requisitos en términos de cantidad y rendimiento. Por ejemplo, las películas de poliimida se pueden clasificar en varias categorías, que incluyen transparentes, blancas, negras y amarillas, con alta resistencia al calor y bajo coeficiente de expansión térmica para su aplicación en diferentes situaciones. De manera similar, el sustrato de película de poliéster rentable será aceptado por el mercado debido a su alta elasticidad, estabilidad dimensional, calidad de la superficie de la película, acoplamiento fotoeléctrico y resistencia ambiental, para satisfacer las necesidades cambiantes de los usuarios.

Similar a la PCB HDI rígida, la PCB flexible debe cumplir con los requisitos de transmisión de señales de alta velocidad y alta frecuencia, y se debe prestar atención a la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica del material de sustrato flexible. El circuito flexible puede estar compuesto de politetrafluoroetileno y sustrato avanzado de poliimida. Se puede agregar polvo inorgánico y fibra de carbono a la resina de poliimida para dar como resultado un sustrato conductor térmico flexible de tres capas. El material de carga inorgánico puede ser nitruro de aluminio, óxido de aluminio o nitruro de boro hexagonal. Este tipo de material de sustrato tiene una conductividad térmica de 1.51W / mK, puede resistir un voltaje de 2.5kV y una curvatura de 180 grados.