همانطور که همه ما می دانیم، خواص اساسی از PCB (برد مدار چاپی) به عملکرد مواد زیرلایه آن بستگی دارد. بنابراین، برای بهبود عملکرد برد مدار، ابتدا باید عملکرد مواد زیرلایه بهینه شود. تاکنون، مواد جدید مختلفی در حال توسعه و بکارگیری برای پاسخگویی به الزامات فناوری های جدید و روندهای بازار هستند.

در سال های اخیر، بردهای مدار چاپی دستخوش تحول شده اند. بازار عمدتاً از محصولات سخت افزاری سنتی مانند رایانه های رومیزی به ارتباطات بی سیم مانند سرورها و پایانه های تلفن همراه تغییر کرده است. دستگاه‌های ارتباطی سیار که توسط تلفن‌های هوشمند نشان داده می‌شوند، توسعه PCB‌های با چگالی بالا، سبک وزن و چند منظوره را ارتقا داده‌اند. اگر هیچ ماده بستری وجود نداشته باشد و الزامات فرآیند آن ارتباط نزدیکی با عملکرد PCB داشته باشد، فناوری مدار چاپی هرگز محقق نخواهد شد. بنابراین، انتخاب مواد بستر نقش حیاتی در ارائه کیفیت و قابلیت اطمینان PCB و محصول نهایی دارد.

Meet the needs of high density and fine lines

• الزامات برای فویل مس

همه بردهای PCB به سمت مدارهای با تراکم بالاتر و ریزتر حرکت می کنند، به خصوص PCB HDI (High Density Interconnect PCB). ده سال پیش، PCB HDI به عنوان PCB تعریف شد و عرض خطوط (L) و فاصله خطوط (S) 0.1 میلی متر یا کمتر بود. با این حال، مقادیر استاندارد فعلی L و S در صنعت الکترونیک می تواند به کوچکی 60 میکرومتر و در موارد پیشرفته، مقادیر آنها تا 40 میکرومتر باشد.

نحوه تعیین مواد بستر PCB

روش سنتی تشکیل نمودار مدار در فرآیند تصویربرداری و اچ است. با اعمال زیرلایه های نازک فویل مسی (با ضخامت در محدوده 9μm تا 12μm)، کمترین مقدار L و S به 30μm می رسد.

به دلیل هزینه بالای ورقه مسی نازک CCL (ورقه ورقه با روکش مس) و عیوب زیاد در پشته، بسیاری از تولیدکنندگان PCB تمایل دارند از روش فویل مس اچینگ استفاده کنند و ضخامت فویل مسی روی 18 میکرومتر تنظیم شده است. در واقع، این روش توصیه نمی شود زیرا شامل رویه های بیش از حد است، کنترل ضخامت آن دشوار است و منجر به هزینه های بالاتر می شود. در نتیجه فویل مسی نازک بهتر است. علاوه بر این، زمانی که مقادیر L و S تخته کمتر از 20μm باشد، فویل مسی استاندارد کار نمی کند. در نهایت توصیه می شود از فویل مسی فوق نازک استفاده شود، زیرا ضخامت مس آن در محدوده 3μm تا 5μm قابل تنظیم است.

مدارهای دقیق جریان علاوه بر ضخامت فویل مسی، به سطح فویل مسی با زبری کم نیز نیاز دارند. به منظور بهبود توانایی اتصال بین فویل مس و مواد زیرلایه و اطمینان از استحکام لایه برداری هادی، پردازش خشن روی صفحه فویل مسی انجام می شود و زبری کلی فویل مسی بیشتر از 5μm است.

تعبیه فویل مسی کوهان به عنوان ماده پایه با هدف بهبود مقاومت پوسته شدن آن است. با این حال، به منظور کنترل دقت سرب به دور از اچ بیش از حد در حین اچ کردن مدار، باعث ایجاد آلاینده های قوز می شود که ممکن است باعث اتصال کوتاه بین خطوط یا کاهش ظرفیت عایق شود که به ویژه بر مدارهای ظریف تأثیر می گذارد. بنابراین، فویل مسی با زبری کم (کمتر از 3 میکرومتر یا حتی 1.5 میکرومتر) مورد نیاز است.

اگرچه زبری ورق مس کاهش می یابد، اما همچنان لازم است استحکام لایه برداری هادی حفظ شود، که باعث می شود سطح ویژه ای روی سطح فویل مس و مواد زیرلایه انجام شود که به اطمینان از استحکام پوسته شدن هادی کمک می کند. رهبر ارکستر.

• الزامات عایق بندی لمینت های دی الکتریک

یکی از مشخصات فنی اصلی PCB HDI در فرآیند ساخت نهفته است. متداول RCC (مس روکش شده با رزین) یا پارچه شیشه ای اپوکسی پیش آغشته شده و لمینیت فویل مسی به ندرت منجر به مدارهای ظریف می شود. اکنون مایل به استفاده از SAP و MSPA است، که به معنای استفاده از آبکاری مس الکترولس با لایه لایه دی الکتریک عایق برای تولید صفحات رسانای مس است. از آنجایی که صفحه مسی نازک است، می توان مدارهای ظریفی تولید کرد.

یکی از نکات کلیدی SAP لمینیت مواد دی الکتریک است. به منظور برآورده کردن الزامات مدارهای دقیق با چگالی بالا، برخی الزامات باید برای مواد ورقه ای ارائه شود، از جمله خواص دی الکتریک، عایق، مقاومت در برابر حرارت و اتصال، و همچنین سازگاری فنی سازگار با PCB HDI.

در بسته بندی نیمه هادی جهانی، بسترهای بسته بندی آی سی از بسترهای سرامیکی به بسترهای آلی تبدیل می شوند. گام بسترهای بسته FC کوچکتر و کوچکتر می شود، بنابراین مقدار معمول فعلی L و S 15 میکرومتر است و کوچکتر خواهد بود.

عملکرد زیرلایه های چند لایه باید بر خواص دی الکتریک پایین، انبساط حرارتی با ضریب کم (CTE) و مقاومت حرارتی بالا تأکید کند، که به بسترهای کم هزینه ای اشاره دارد که اهداف عملکرد را برآورده می کنند. امروزه فناوری انباشته دی الکتریک عایق MSPA با فویل مسی نازک ترکیب می شود تا در تولید انبوه مدارهای دقیق مورد استفاده قرار گیرد. SAP برای تولید الگوهای مدار با مقادیر L و S کمتر از 10 میکرومتر استفاده می شود.

چگالی و نازکی بالای PCB ها باعث شده است که PCB های HDI از لایه لایه ای با هسته به هسته های هر لایه تبدیل شوند. برای PCBهای HDI با عملکرد یکسان، مساحت و ضخامت PCBهای متصل به هم بر روی هر لایه در مقایسه با آنهایی که لایه های اصلی دارند، 25 درصد کاهش می یابد. لازم است یک لایه دی الکتریک نازکتر با خواص الکتریکی بهتر در این دو PCB HDI اعمال شود.

Requires export from high frequency and high speed

فناوری ارتباطات الکترونیکی از سیمی تا بی سیم، از فرکانس پایین و سرعت پایین تا فرکانس بالا و سرعت بالا را شامل می شود. عملکرد گوشی‌های هوشمند از 4G به 5G تبدیل شده است که به سرعت انتقال سریع‌تر و حجم انتقال بیشتر نیاز دارد.

ظهور عصر محاسبات ابری جهانی منجر به افزایش چند برابری ترافیک داده شده است و روند روشنی برای تجهیزات ارتباطی با فرکانس بالا و سرعت بالا وجود دارد. به منظور برآورده کردن الزامات انتقال فرکانس بالا و سرعت بالا، علاوه بر کاهش تداخل و مصرف سیگنال، یکپارچگی سیگنال و ساخت با الزامات طراحی طراحی PCB سازگار است، مواد با کارایی بالا مهمترین عنصر هستند.

وظیفه اصلی یک مهندس کاهش خواص تلفات سیگنال الکتریکی برای افزایش سرعت PCB و حل مشکلات یکپارچگی سیگنال است. بر اساس بیش از ده سال خدمات تولید PCBCart، به عنوان یک عامل کلیدی موثر بر انتخاب مواد بستر، زمانی که ثابت دی الکتریک (Dk) کمتر از 4 و تلفات دی الکتریک (Df) کمتر از 0.010 باشد، به عنوان یک عامل در نظر گرفته می شود. ورقه ورقه Dk/Df متوسط ​​وقتی Dk کمتر از 3.7 و Df کمتر از 0.005 باشد، لمینت Dk/Df کم در نظر گرفته می شود. در حال حاضر، انواع مواد بستر در بازار موجود است.

تاکنون، عمدتاً سه نوع از مواد بستر مدار با فرکانس بالا استفاده می‌شود: رزین‌های مبتنی بر فلوئور، رزین‌های PPO یا PPE و رزین‌های اپوکسی اصلاح‌شده. بسترهای دی الکتریک سری فلوئور مانند PTFE کمترین خاصیت دی الکتریک را دارند و معمولاً برای محصولاتی با فرکانس 5 گیگاهرتز یا بالاتر استفاده می شوند. رزین اپوکسی اصلاح شده FR-4 یا بستر PPO برای محصولاتی با محدوده فرکانس 1 گیگاهرتز تا 10 گیگاهرتز مناسب است.

در مقایسه سه ماده بستر با فرکانس بالا، رزین اپوکسی کمترین قیمت را دارد، اگرچه رزین فلوئور بالاترین قیمت را دارد. از نظر ثابت دی الکتریک، تلفات دی الکتریک، جذب آب و ویژگی های فرکانس، رزین های مبتنی بر فلوئور بهترین عملکرد را دارند، در حالی که رزین های اپوکسی عملکرد بدتری دارند. هنگامی که فرکانس اعمال شده توسط محصول بالاتر از 10 گیگاهرتز باشد، تنها رزین مبتنی بر فلوئور کار می کند. از معایب PTFE می توان به هزینه بالا، استحکام ضعیف و ضریب انبساط حرارتی بالا اشاره کرد.

For PTFE, bulk inorganic substances (such as silica) can be used as filler materials or glass cloth to enhance the rigidity of the substrate material and reduce the coefficient of thermal expansion. In addition, due to the inertness of the PTFE molecules, it is difficult for the PTFE molecules to bond with the copper foil, so a special surface treatment compatible with the copper foil must be realized. The treatment method is to perform chemical etching on the surface of the polytetrafluoroethylene to increase the surface roughness or to add an adhesive film to increase the adhesion ability. With the application of this method, the dielectric properties may be affected, and the entire fluorine-based high-frequency circuit must be further developed.

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.

علاوه بر الزامات عملکردی مواد عایق مانند رزین ها، زبری سطح مس به عنوان رسانا نیز عامل مهمی است که بر افت انتقال سیگنال تأثیر می گذارد که نتیجه اثر پوستی است. اساساً اثر پوستی به این صورت است که القای الکترومغناطیسی ایجاد شده در انتقال سیگنال با فرکانس بالا و سرب القایی در مرکز سطح مقطع سرب بسیار متمرکز می شود و جریان یا سیگنال حرکتی روی سیگنال متمرکز می شود. سطح سرب زبری سطح هادی نقش کلیدی در تأثیرگذاری بر از دست دادن سیگنال انتقال دارد و زبری کم منجر به تلفات بسیار کمی می شود.

در همان فرکانس، زبری سطح بالای مس باعث از دست دادن سیگنال بالا می شود. بنابراین، زبری مس سطح باید در ساخت واقعی کنترل شود و باید تا حد امکان کم باشد بدون اینکه بر چسبندگی تأثیر بگذارد. توجه زیادی باید به سیگنال هایی در محدوده فرکانس 10 گیگاهرتز یا بالاتر معطوف شود. زبری فویل مس باید کمتر از 1μm باشد و بهتر است از فویل مسی فوق سطحی با زبری 0.04μm استفاده شود. زبری سطح فویل مسی باید با عملیات اکسیداسیون مناسب و سیستم رزین باندینگ ترکیب شود. در آینده نزدیک، ممکن است یک ورقه مسی بدون رزین روکش پروفیل وجود داشته باشد که از استحکام پوسته شدن بالاتری برای جلوگیری از تحت تاثیر قرار گرفتن اتلاف دی الکتریک برخوردار است.

به مقاومت حرارتی بالا و اتلاف زیاد نیاز دارد

با روند توسعه کوچک سازی و عملکرد بالا، تجهیزات الکترونیکی تمایل به تولید گرمای بیشتری دارند، بنابراین الزامات مدیریت حرارتی تجهیزات الکترونیکی بیشتر و بیشتر خواستار می شوند. یکی از راه حل های این مشکل در تحقیق و توسعه PCB های رسانای حرارتی نهفته است. شرط اساسی برای عملکرد خوب PCB از نظر مقاومت حرارتی و اتلاف، مقاومت حرارتی و قابلیت اتلاف بستر است. بهبود فعلی در هدایت حرارتی PCB در بهبود رزین و افزودن پرکننده نهفته است، اما فقط در یک دسته محدود کار می کند. روش معمولی استفاده از IMS یا PCB هسته فلزی است که به عنوان عناصر گرمایش عمل می کند. در مقایسه با رادیاتورها و فن های سنتی، این روش دارای مزایای اندازه کوچک و کم هزینه است.

آلومینیوم یک ماده بسیار جذاب با مزایای منابع فراوان، هزینه کم و هدایت حرارتی خوب است. و شدت. علاوه بر این، آنقدر سازگار با محیط زیست است که توسط بیشتر بسترهای فلزی یا هسته های فلزی استفاده می شود. با توجه به مزایای اقتصادی، اتصال الکتریکی قابل اعتماد، هدایت حرارتی و استحکام بالا، مدارهای بدون لحیم و سرب، مدارهای مبتنی بر آلومینیوم در محصولات مصرفی، خودرو، تجهیزات نظامی و محصولات هوافضا استفاده شده است. شکی نیست که کلید مقاومت حرارتی و عملکرد اتلاف زیرلایه فلزی در چسبندگی بین صفحه فلزی و صفحه مدار نهفته است.

چگونه مواد بستر PCB خود را تعیین کنیم؟

در عصر الکترونیک مدرن، کوچک‌سازی و نازکی دستگاه‌های الکترونیکی منجر به ظهور PCBهای صلب و PCBهای انعطاف‌پذیر/سفت شده است. بنابراین چه نوع مواد بستر برای آنها مناسب است؟

افزایش حوزه های کاربرد PCB های صلب و PCB های انعطاف پذیر/سخت، الزامات جدیدی را از نظر کمیت و عملکرد به همراه آورده است. به عنوان مثال، فیلم های پلی آمید را می توان به دسته های مختلفی از جمله شفاف، سفید، سیاه و زرد، با مقاومت حرارتی بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین برای کاربرد در موقعیت های مختلف طبقه بندی کرد. به طور مشابه، بستر فیلم پلی استر مقرون به صرفه به دلیل خاصیت ارتجاعی بالا، پایداری ابعادی، کیفیت سطح فیلم، اتصال فوتوالکتریک و مقاومت در برابر محیطی مورد پذیرش بازار قرار می گیرد تا نیازهای متغیر کاربران را برآورده کند.

مانند PCB سخت HDI، PCB انعطاف پذیر باید الزامات انتقال سیگنال با سرعت و فرکانس بالا را برآورده کند و باید به ثابت دی الکتریک و از دست دادن دی الکتریک مواد بستر انعطاف پذیر توجه شود. مدار انعطاف پذیر می تواند از پلی تترا فلوئورواتیلن و بستر پلی آمید پیشرفته تشکیل شده باشد. گرد و غبار معدنی و فیبر کربن را می توان به رزین پلی آمید اضافه کرد تا یک بستر رسانای حرارتی انعطاف پذیر سه لایه ایجاد شود. ماده پرکننده معدنی ممکن است نیترید آلومینیوم، اکسید آلومینیوم یا نیترید بور شش ضلعی باشد. این نوع مواد زیرلایه دارای رسانایی حرارتی 1.51W/mK است، می تواند در برابر ولتاژ 2.5 کیلو ولت و انحنای 180 درجه مقاومت کند.