Nagu me kõik teame, põhiomadused PCB (trükkplaat) sõltuvad selle substraadi materjali jõudlusest. Seetõttu tuleb trükkplaadi jõudluse parandamiseks esmalt optimeerida substraadi materjali jõudlust. Siiani töötatakse välja ja rakendatakse erinevaid uusi materjale, mis vastavad uute tehnoloogiate nõuetele ja turusuundumustele.

Viimastel aastatel on trükkplaadid muutunud. Turg on peamiselt nihkunud traditsioonilistelt riistvaratoodetelt, nagu lauaarvutid, traadita side, nagu serverid ja mobiilterminalid. Mobiilsideseadmed, mida esindavad nutitelefonid, on soodustanud suure tihedusega, kergete ja multifunktsionaalsete PCBde väljatöötamist. Kui substraadi materjali pole ja selle protsessinõuded on tihedalt seotud PCB jõudlusega, ei realiseerita trükkplaadi tehnoloogiat kunagi. Seetõttu mängib substraadi materjali valik PCB ja lõpptoote kvaliteedi ja töökindluse tagamisel üliolulist rolli.

Vastab suure tiheduse ja peente joonte vajadustele

•Nõuded vaskfooliumile

Kõik PCB-plaadid liiguvad suurema tihedusega ja peenemate vooluahelate poole, eriti HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Kümme aastat tagasi määratleti HDI PCB kui PCB ning selle joone laius (L) ja reavahe (S) olid 0.1 mm või vähem. Praegused L ja S standardväärtused elektroonikatööstuses võivad aga olla nii väikesed kui 60 μm ja arenenud juhtudel võivad nende väärtused ulatuda 40 μm-ni.

Kuidas määrata oma PCB substraadi materjali

Traditsiooniline vooluringi diagrammi moodustamise meetod on pildistamise ja söövitamise protsess. Õhukeste vaskfooliumist substraatide (paksusega vahemikus 9 μm kuni 12 μm) pealekandmisel ulatub L ja S madalaim väärtus 30 μm-ni.

Õhukese vaskfooliumi CCL (Copper Clad Laminate) kõrge hinna ja paljude virna defektide tõttu kasutavad paljud trükkplaatide tootjad söövitus-vaskfooliumi meetodit ja vaskfooliumi paksuseks on seatud 18 μm. Tegelikult ei ole see meetod soovitatav, kuna see sisaldab liiga palju protseduure, paksust on raske kontrollida ja see toob kaasa suuremad kulud. Selle tulemusena on õhuke vaskfoolium parem. Lisaks ei tööta standardne vaskfoolium, kui plaadi L ja S väärtused on alla 20 μm. Lõpuks on soovitatav kasutada üliõhukest vaskfooliumi, kuna selle vase paksust saab reguleerida vahemikus 3μm kuni 5μm.

Praegused täppisahelad nõuavad lisaks vaskfooliumi paksusele ka madala karedusega vaskfooliumi pinda. Vaskfooliumi ja alusmaterjali vahelise sidumisvõime parandamiseks ning juhi koorumistugevuse tagamiseks teostatakse vaskfooliumi tasapinnal töötlemata töötlemine ja vaskfooliumi üldine karedus on suurem kui 5 μm.

Alusmaterjalina küüruga vaskfooliumi põimimise eesmärk on parandada selle koorimistugevust. Kuid selleks, et vältida juhtme täpsust vooluringi söövitamise ajal liigsest söövitusest, kipub see tekitama saasteaineid, mis võivad põhjustada lühiseid liinide vahel või isolatsioonivõime vähenemist, mis mõjutab eriti peenahelaid. Seetõttu on vaja madala karedusega (alla 3 μm või isegi 1.5 μm) vaskfoolium.

Kuigi vaskfooliumi karedus väheneb, on siiski vaja säilitada juhi koorumistugevus, mis põhjustab vaskfooliumi ja alusmaterjali pinnale spetsiaalse pinnatöötluse, mis aitab tagada juhtme koorumistugevuse. dirigent.

• Nõuded dielektriliste laminaatide isoleerimisele

HDI PCB üks peamisi tehnilisi omadusi seisneb ehitusprotsessis. Tavaliselt kasutatav RCC (vaiguga kaetud vask) või prepreg-epoksüklaasriie ja vaskfooliumiga lamineerimine põhjustavad harva peeneid vooluringe. Nüüd kaldutakse kasutama SAP-i ja MSPA-d, mis tähendab isoleeriva dielektrilise kilega lamineeritud elektrivaba vaskkatte kasutamist vase juhtivate tasandite tootmiseks. Kuna vasktasand on õhuke, saab toota peeneid ahelaid.

Üks SAP-i põhipunkte on dielektriliste materjalide lamineerimine. Suure tihedusega täppisahelate nõuete täitmiseks tuleb laminaatmaterjalidele esitada mõned nõuded, sealhulgas dielektrilised omadused, isolatsioon, kuumakindlus ja liimimine, samuti tehniline kohandatavus, mis ühildub HDI PCB-ga.

Globaalsetes pooljuhtpakendites muudetakse IC-pakendi substraadid keraamilistest substraatidest orgaanilisteks aluspindadeks. FC pakendisubstraatide samm muutub järjest väiksemaks, seega on L ja S praegune tüüpiline väärtus 15 μm ja see jääb väiksemaks.

Mitmekihiliste aluspindade jõudlus peaks rõhutama madalaid dielektrilisi omadusi, madalat soojuspaisumistegurit (CTE) ja kõrget kuumuskindlust, mis viitab odavatele aluspindadele, mis vastavad jõudluseesmärkidele. Tänapäeval kombineeritakse MSPA isolatsiooni dielektrilise virnastamise tehnoloogiat õhukese vaskfooliumiga, mida kasutatakse täppisahelate masstootmises. SAP-i kasutatakse vooluahela mustrite valmistamiseks, mille L- ja S-väärtused on alla 10 μm.

PCBde suur tihedus ja õhemus on põhjustanud HDI PCB-de ülemineku südamikega lamineerimiselt mis tahes kihi südamikele. Sama funktsiooniga HDI PCB-de puhul väheneb mis tahes kihiga ühendatud PCB-de pindala ja paksus 25% võrreldes südamiklaminaatidega. Nendes kahes HDI PCB-s on vaja kanda õhem dielektriline kiht, millel on paremad elektrilised omadused.

Nõuab eksporti kõrgelt sageduselt ja suurelt kiiruselt

Elektrooniline sidetehnoloogia ulatub juhtmega juhtmevabast juhtmevabani, madala sagedusega ja madala kiirusega kuni kõrge sageduseni ja suure kiiruseni. Nutitelefonide jõudlus on arenenud 4G-lt 5G-le, mis nõuab suuremat edastuskiirust ja suuremat edastusmahtu.

Ülemaailmse pilvandmetöötluse ajastu tulek on toonud kaasa andmeliikluse mitmekordse kasvu ning selge trend on kõrgsageduslike ja kiirete sideseadmete osas. Kõrgsagedusliku ja kiire edastuse nõuete täitmiseks on lisaks signaali häirete ja tarbimise vähendamisele ka signaali terviklikkus ja tootmine kooskõlas PCB projekteerimise nõuetega, kõrge jõudlusega materjalid on kõige olulisem element.

Inseneri põhitöö on elektrisignaali kadude omaduste vähendamine PCB kiiruse suurendamiseks ja signaali terviklikkuse probleemide lahendamiseks. Tuginedes PCBCarti enam kui kümneaastasele tootmisteenusele, kui dielektriline konstant (Dk) on väiksem kui 4 ja dielektriline kadu (Df) väiksem kui 0.010, peetakse seda substraadi materjali valikut mõjutava võtmetegurina vahepealne Dk/Df laminaat Kui Dk on madalam kui 3.7 ja Df väiksem kui 0.005, loetakse seda madala Dk/Df laminaadiks. Praegu on turul saadaval mitmesuguseid substraatmaterjale.

Seni on tavaliselt kasutatud kõrgsageduslike trükkplaatide substraadimaterjale peamiselt kolme tüüpi: fluoripõhised vaigud, PPO- või PPE-vaigud ja modifitseeritud epoksüvaigud. Fluori seeria dielektrilistel substraatidel, nagu PTFE, on madalaimad dielektrilised omadused ja neid kasutatakse tavaliselt 5 GHz või kõrgema sagedusega toodete puhul. Modifitseeritud epoksüvaik FR-4 või PPO substraat sobib toodetele, mille sagedusvahemik on 1 GHz kuni 10 GHz.

Võrreldes kolme kõrgsagedusliku substraadi materjali, on epoksüvaigul madalaim hind, kuigi fluorivaigul on kõrgeim hind. Dielektrilise konstandi, dielektrilise kao, veeimavuse ja sagedusomaduste osas toimivad fluoripõhised vaigud kõige paremini, epoksüvaigud aga halvemini. Kui toote sagedus on kõrgem kui 10 GHz, töötab ainult fluoripõhine vaik. PTFE puudusteks on kõrge hind, halb jäikus ja kõrge soojuspaisumistegur.

PTFE puhul võib täitematerjalina või klaaskangana kasutada lahtiselt anorgaanilisi aineid (nt ränidioksiidi), et suurendada alusmaterjali jäikust ja vähendada soojuspaisumistegurit. Lisaks on PTFE-molekulide inertsuse tõttu raske PTFE-molekulidel vaskfooliumiga siduda, mistõttu tuleb teostada spetsiaalne vaskfooliumiga ühilduv pinnatöötlus. Töötlemismeetodiks on polütetrafluoroetüleeni pinnale keemiline söövitamine pinna kareduse suurendamiseks või nakkevõime suurendamiseks liimkile lisamine. Selle meetodi rakendamine võib mõjutada dielektrilisi omadusi ja kogu fluoripõhist kõrgsagedusahelat tuleb edasi arendada.

Ainulaadne isoleeriv vaik, mis koosneb modifitseeritud epoksüvaigust või isikukaitsevahendist ja TMA-st, MDI-st ja BMI-st ning klaasriidest. Sarnaselt FR-4 CCL-ga on sellel ka suurepärane kuumakindlus ja dielektrilised omadused, mehaaniline tugevus ja PCB valmistatavus, mis kõik muudavad selle populaarsemaks kui PTFE-põhised substraadid.

Lisaks isoleermaterjalide (nt vaigud) jõudlusnõuetele on vase kui juhi pinnakaredus ka oluline tegur, mis mõjutab signaali edastamise kadu, mis tuleneb nahaefektist. Põhimõtteliselt seisneb nahaefekt selles, et kõrgsageduslikul signaaliülekandel ja induktsioonijuhtmel tekkiv elektromagnetiline induktsioon koondub niivõrd juhtme ristlõikepinna keskele ning voolu või signaali fookus on plii pind. Juhti pinnakaredus mängib võtmerolli edastussignaali kadumise mõjutamisel ja madal karedus toob kaasa väga väikese kadu.

Samal sagedusel põhjustab vase suur pinnakaredus suurt signaalikadu. Seetõttu tuleb tegelikus tootmises kontrollida vase pinna karedust ja see peaks olema võimalikult madal, ilma et see mõjutaks haardumist. Suurt tähelepanu tuleb pöörata signaalidele sagedusalas 10 GHz või rohkem. Vaskfooliumi karedus peab olema alla 1 μm ja kõige parem on kasutada ülipinnalist vaskfooliumi, mille karedus on 0.04 μm. Vaskfooliumi pinnakaredus tuleb kombineerida sobiva oksüdatsioonitöötlus- ja sidumisvaigusüsteemiga. Lähitulevikus võib olla profiilkatteta vaiguta vaskfoolium, millel on suurem koorumistugevus, et vältida dielektrilise kadu mõjutamist.

Nõuab suurt soojustakistust ja suurt hajumist

Miniaturiseerimise ja kõrge funktsionaalsuse arengutrendiga kipuvad elektroonikaseadmed tootma rohkem soojust, mistõttu elektroonikaseadmete soojusjuhtimise nõuded muutuvad üha nõudlikumaks. Üks selle probleemi lahendusi peitub soojust juhtivate PCBde uurimises ja arendamises. Põhitingimus, et PCB toimiks hästi kuumuskindluse ja hajumise osas, on substraadi kuumuskindlus ja hajuvus. PCB soojusjuhtivuse praegune paranemine seisneb vaigu ja täidise lisamise parandamises, kuid see töötab ainult piiratud kategoorias. Tüüpiline meetod on IMS-i või metallist südamikuga PCB kasutamine, mis toimivad kütteelementidena. Võrreldes traditsiooniliste radiaatorite ja ventilaatoritega on selle meetodi eeliseks väiksus ja madal hind.

Alumiinium on väga atraktiivne materjal, mille eelisteks on külluslik ressurss, madal hind ja hea soojusjuhtivus. Ja intensiivsus. Lisaks on see nii keskkonnasõbralik, et seda kasutavad enamik metallist aluspindu või metallsüdamikke. Tänu ökonoomsuse, töökindla elektriühenduse, soojusjuhtivuse ja suure tugevuse eelistele on joote- ja pliivabasid alumiiniumipõhiseid trükkplaate kasutatud tarbekaupades, autodes, sõjavarustuses ja kosmosetööstuses. Pole kahtlust, et metallaluse kuumuskindluse ja hajumise võti peitub metallplaadi ja vooluringi tasapinna vahelises haardumises.

Kuidas määrata oma PCB substraadi materjali?

Kaasaegsel elektroonikaajastul on elektroonikaseadmete miniaturiseerimine ja õhukenemine viinud jäikade PCBde ja paindlike/jäikade PCBde tekkeni. Mis tüüpi substraadi materjal siis neile sobib?

Jäikate PCBde ja paindlike/jäikade PCBde suurenenud kasutusalad on toonud kaasa uued nõuded koguse ja jõudluse osas. Näiteks saab polüimiidkilesid liigitada erinevatesse kategooriatesse, sealhulgas läbipaistvatesse, valgetesse, mustadesse ja kollastesse kategooriatesse, millel on kõrge kuumuskindlus ja madal soojuspaisumistegur, et kasutada erinevates olukordades. Samamoodi aktsepteerib turg kuluefektiivset polüesterkile substraati selle kõrge elastsuse, mõõtmete stabiilsuse, kile pinnakvaliteedi, fotoelektrilise sidestuse ja keskkonnakindluse tõttu, et rahuldada kasutajate muutuvaid vajadusi.

Sarnaselt jäigale HDI PCB-le peab painduv PCB vastama kiire ja kõrgsagedusliku signaali edastamise nõuetele ning tähelepanu tuleb pöörata painduva substraadi materjali dielektrilisele konstandile ja dielektrilisele kadudele. Paindlik vooluahel võib koosneda polütetrafluoroetüleenist ja täiustatud polüimiidsubstraadist. Polüimiidvaigule võib lisada anorgaanilist tolmu ja süsinikkiudu, et saada kolmekihiline painduv soojusjuhtiv alus. Anorgaaniline täitematerjal võib olla alumiiniumnitriid, alumiiniumoksiid või kuusnurkne boornitriid. Seda tüüpi alusmaterjalide soojusjuhtivus on 1.51 W/mK, talub 2.5 kV pinget ja 180 kraadi kõverust.