Como todos sabemos, as propiedades básicas de PCB (placa de circuíto impreso) dependen do rendemento do material do seu substrato. Polo tanto, para mellorar o rendemento da placa de circuíto, primeiro debe optimizarse o rendemento do material do substrato. Ata o momento, estanse a desenvolver e aplicar diversos novos materiais para satisfacer os requisitos das novas tecnoloxías e as tendencias do mercado.

Nos últimos anos, as placas de circuíto impreso sufriron unha transformación. O mercado pasou principalmente dos produtos de hardware tradicionais, como ordenadores de escritorio, a comunicacións sen fíos como servidores e terminais móbiles. Os dispositivos de comunicación móbil representados por teléfonos intelixentes promoveron o desenvolvemento de PCB de alta densidade, lixeiros e multifuncionais. Se non hai material de substrato e os seus requisitos de proceso están intimamente relacionados co rendemento do PCB, a tecnoloxía de circuíto impreso nunca se realizará. Polo tanto, a elección do material do substrato xoga un papel vital para proporcionar a calidade e fiabilidade do PCB e do produto final.

Satisfacer as necesidades de alta densidade e liñas finas

•Requisitos para a folla de cobre

Todas as placas de PCB están avanzando cara a circuítos de maior densidade e máis finos, especialmente HDI PCB (PCB de interconexión de alta densidade). Hai dez anos, HDI PCB definiuse como PCB, e o seu ancho de liña (L) e o seu espazamento entre liñas (S) eran de 0.1 mm ou menos. Non obstante, os valores estándar actuais de L e S na industria electrónica poden ser tan pequenos como 60 μm e, en casos avanzados, os seus valores poden ser tan baixos como 40 μm.

Como determinar o material do substrato de PCB

O método tradicional de formación de diagramas de circuíto está no proceso de imaxe e gravado. Coa aplicación de substratos finos de folla de cobre (cun ​​espesor no rango de 9 μm a 12 μm), o valor máis baixo de L e S alcanza os 30 μm.

Debido ao alto custo da fina lámina de cobre CCL (laminado revestido de cobre) e moitos defectos na pila, moitos fabricantes de PCB adoitan utilizar o método da folla de cobre de gravado e o grosor da folla de cobre está definido en 18 μm. De feito, este método non se recomenda porque contén demasiados procedementos, o grosor é difícil de controlar e leva a maiores custos. Como resultado, é mellor unha fina folla de cobre. Ademais, cando os valores L e S da tarxeta son inferiores a 20 μm, a folla de cobre estándar non funciona. Finalmente, recoméndase usar folla de cobre ultrafina, porque o seu espesor de cobre pódese axustar no rango de 3μm a 5μm.

Ademais do grosor da folla de cobre, os circuítos de precisión actuais tamén requiren unha superficie de folla de cobre con baixa rugosidade. Para mellorar a capacidade de unión entre a folla de cobre e o material do substrato e garantir a resistencia á pelado do condutor, realízase un procesamento áspero no plano da folla de cobre e a rugosidade xeral da folla de cobre é superior a 5 μm.

A incorporación de follas de cobre como material base ten como obxectivo mellorar a súa resistencia á pel. Non obstante, para controlar a precisión do chumbo lonxe do sobregrabado durante o gravado do circuíto, tende a causar contaminantes en humidade, que poden provocar un curtocircuíto entre liñas ou unha diminución da capacidade de illamento, o que afecta especialmente aos circuítos finos. Polo tanto, é necesaria unha folla de cobre cunha rugosidade baixa (menos de 3 μm ou incluso 1.5 μm).

Aínda que a rugosidade da folla de cobre redúcese, aínda é necesario manter a forza de pelado do condutor, o que provoca un tratamento especial de superficie na superficie da folla de cobre e no material do substrato, o que axuda a garantir a forza de pelado da folla de cobre. condutor.

• Requisitos dos laminados dieléctricos illantes

Unha das principais características técnicas do PCB HDI reside no proceso de construción. O RCC (cobre revestido de resina) de uso común ou o pano de vidro epoxi preimpregnado e a laminación de folla de cobre raramente conducen a circuítos finos. Agora inclínase a usar SAP e MSPA, o que significa a aplicación de placas de cobre sen electrolos laminados con película dieléctrica illante para producir planos condutores de cobre. Debido a que o plano de cobre é delgado, pódense producir circuítos finos.

Un dos puntos clave de SAP é laminar materiais dieléctricos. Para cumprir cos requisitos dos circuítos de precisión de alta densidade, débense presentar algúns requisitos para os materiais laminados, incluíndo propiedades dieléctricas, illamento, resistencia á calor e unión, así como adaptabilidade técnica compatible con HDI PCB.

Nos envases globais de semicondutores, os substratos de envases IC convértense de substratos cerámicos a substratos orgánicos. O paso dos substratos do paquete FC é cada vez máis pequeno, polo que o valor típico actual de L e S é de 15 μm, e será menor.

O rendemento dos substratos multicapa debe enfatizar as propiedades dieléctricas baixas, a expansión térmica de baixo coeficiente (CTE) e a alta resistencia á calor, que se refire a substratos de baixo custo que cumpren os obxectivos de rendemento. Hoxe en día, a tecnoloxía de apilado dieléctrico de illamento MSPA combínase cunha fina folla de cobre para ser utilizada na produción en masa de circuítos de precisión. SAP úsase para fabricar patróns de circuítos con valores tanto L como S de menos de 10 μm.

A alta densidade e delgadez dos PCB fixeron que os PCB HDI pasaran da laminación con núcleos a núcleos de calquera capa. Para os PCB HDI coa mesma función, a área e o grosor dos PCB interconectados en calquera capa redúcense nun 25 % en comparación cos con laminados de núcleo. Nestes dous PCB HDI é necesario aplicar unha capa dieléctrica máis fina e con mellores propiedades eléctricas.

Require exportación de alta frecuencia e alta velocidade

A tecnoloxía de comunicacións electrónicas varía desde con fíos ata sen fíos, desde baixa frecuencia e baixa velocidade ata alta frecuencia e alta velocidade. O rendemento dos teléfonos intelixentes evolucionou de 4G a 5G, requirindo velocidades de transmisión máis rápidas e maiores volumes de transmisión.

A chegada da era global da computación en nube levou a un aumento múltiple do tráfico de datos e hai unha tendencia clara para os equipos de comunicación de alta frecuencia e alta velocidade. Co fin de cumprir os requisitos de transmisión de alta frecuencia e alta velocidade, ademais de reducir a interferencia e o consumo de sinal, a integridade e a fabricación do sinal son compatibles cos requisitos de deseño do deseño de PCB, os materiais de alto rendemento son o elemento máis importante.

O traballo principal dun enxeñeiro é reducir as propiedades da perda de sinal eléctrico para aumentar a velocidade da PCB e resolver os problemas de integridade do sinal. Con base nos máis de dez anos de servizos de fabricación de PCBCart, como un factor clave que afecta á elección do material do substrato, cando a constante dieléctrica (Dk) é inferior a 4 e a perda dieléctrica (Df) é inferior a 0.010, considérase un laminado intermedio Dk/Df Cando Dk é inferior a 3.7 e Df é inferior a 0.005, considérase un laminado de baixo Dk/Df. Actualmente, hai unha variedade de materiais de substrato dispoñibles no mercado.

Ata o momento, hai principalmente tres tipos de materiais de substrato de placas de circuíto de alta frecuencia de uso común: resinas a base de flúor, resinas PPO ou PPE e resinas epoxi modificadas. Os substratos dieléctricos da serie de flúor, como o PTFE, teñen as propiedades dieléctricas máis baixas e adoitan usarse para produtos cunha frecuencia de 5 GHz ou superior. O substrato FR-4 ou PPO de resina epoxi modificada é axeitado para produtos cun rango de frecuencia de 1 GHz a 10 GHz.

Comparando os tres materiais de substrato de alta frecuencia, a resina epoxi ten o prezo máis baixo, aínda que a resina de flúor ten o prezo máis alto. En termos de constante dieléctrica, perda dieléctrica, absorción de auga e características de frecuencia, as resinas a base de flúor funcionan mellor, mentres que as resinas epoxi funcionan peor. Cando a frecuencia aplicada polo produto é superior a 10 GHz, só funcionará a resina a base de flúor. As desvantaxes do PTFE inclúen un alto custo, unha escasa rixidez e un alto coeficiente de expansión térmica.

Para o PTFE, as substancias inorgánicas a granel (como a sílice) pódense usar como materiais de recheo ou pano de vidro para mellorar a rixidez do material do substrato e reducir o coeficiente de expansión térmica. Ademais, debido á inercia das moléculas de PTFE, é difícil que as moléculas de PTFE se unan á folla de cobre, polo que hai que realizar un tratamento de superficie especial compatible coa folla de cobre. O método de tratamento consiste en realizar un gravado químico na superficie do politetrafluoroetileno para aumentar a rugosidade da superficie ou engadir unha película adhesiva para aumentar a capacidade de adhesión. Coa aplicación deste método, as propiedades dieléctricas poden verse afectadas e todo o circuíto de alta frecuencia baseado en flúor debe desenvolverse aínda máis.

Resina illante única composta por resina epoxi modificada ou EPI e TMA, MDI e BMI, ademais de pano de vidro. Semellante ao FR-4 CCL, tamén ten unha excelente resistencia á calor e propiedades dieléctricas, resistencia mecánica e fabricabilidade de PCB, todo o que o fan máis popular que os substratos baseados en PTFE.

Ademais dos requisitos de rendemento dos materiais illantes como as resinas, a rugosidade superficial do cobre como condutor tamén é un factor importante que afecta a perda de transmisión do sinal, que é o resultado do efecto pel. Basicamente, o efecto da pel é que a indución electromagnética xerada na transmisión de sinal de alta frecuencia e o cable indutivo concéntrase tan no centro da área de sección transversal do cable, e a corrente ou sinal de condución céntrase no superficie do chumbo. A rugosidade superficial do condutor xoga un papel fundamental na influencia da perda do sinal de transmisión, e a baixa rugosidade leva a unha perda moi pequena.

Á mesma frecuencia, a alta rugosidade superficial do cobre provocará unha alta perda de sinal. Polo tanto, a rugosidade do cobre superficial debe controlarse na fabricación real e debe ser o máis baixa posible sen afectar á adhesión. Débese prestar moita atención aos sinais no rango de frecuencia de 10 GHz ou superior. Requírese que a rugosidade da folla de cobre sexa inferior a 1 μm, e é mellor utilizar unha lámina de cobre ultrasuperficial cunha rugosidade de 0.04 μm. A rugosidade da superficie da folla de cobre debe combinarse cun tratamento de oxidación adecuado e un sistema de resina de unión. Nun futuro próximo, pode haber unha lámina de cobre sen resina revestida de perfil, que ten unha maior forza de pelado para evitar que se vexa afectada a perda dieléctrica.

Require alta resistencia térmica e alta disipación

Coa tendencia de desenvolvemento de miniaturización e alta funcionalidade, os equipos electrónicos tenden a xerar máis calor, polo que os requisitos de xestión térmica dos equipos electrónicos son cada vez máis esixentes. Unha das solucións a este problema reside na investigación e desenvolvemento de PCB termocondutores. A condición básica para que o PCB funcione ben en termos de resistencia á calor e disipación é a resistencia á calor e a capacidade de disipación do substrato. A mellora actual da condutividade térmica do PCB reside na mellora da adición de resina e recheo, pero só funciona nunha categoría limitada. O método típico é usar IMS ou PCB de núcleo metálico, que actúan como elementos de calefacción. En comparación cos radiadores e ventiladores tradicionais, este método ten as vantaxes de tamaño pequeno e baixo custo.

O aluminio é un material moi atractivo coas vantaxes de abundantes recursos, baixo custo e boa condutividade térmica. E intensidade. Ademais, é tan respectuoso co medio ambiente que é usado pola maioría dos substratos metálicos ou núcleos metálicos. Debido ás vantaxes da economía, a conexión eléctrica fiable, a condutividade térmica e a alta resistencia, sen soldadura e sen chumbo, empregáronse placas de circuítos a base de aluminio en produtos de consumo, automóbiles, subministracións militares e produtos aeroespaciais. Non hai dúbida de que a clave para a resistencia á calor e o rendemento de disipación do substrato metálico reside na adhesión entre a placa metálica e o plano do circuíto.

Como determinar o material do substrato do seu PCB?

Na era electrónica moderna, a miniaturización e a delgadez dos dispositivos electrónicos levou á aparición de PCB ríxidos e PCB flexibles/ríxidos. Entón, que tipo de material de substrato é axeitado para eles?

O aumento das áreas de aplicación de PCB ríxidos e PCB flexibles/ríxidos trouxo novos requisitos en canto a cantidade e rendemento. Por exemplo, as películas de poliimida pódense clasificar en varias categorías, incluíndo transparentes, brancas, negras e amarelas, con alta resistencia á calor e baixo coeficiente de expansión térmica para a súa aplicación en diferentes situacións. Do mesmo xeito, o substrato de película de poliéster rendible será aceptado polo mercado debido á súa alta elasticidade, estabilidade dimensional, calidade da superficie da película, acoplamento fotoeléctrico e resistencia ambiental, para satisfacer as necesidades cambiantes dos usuarios.

Semellante á PCB HDI ríxida, a PCB flexible debe cumprir os requisitos de transmisión de sinal de alta velocidade e alta frecuencia, e hai que prestar atención á constante dieléctrica e á perda dieléctrica do material do substrato flexible. O circuíto flexible pode estar composto por politetrafluoroetileno e un substrato avanzado de poliimida. Pódese engadir po inorgánico e fibra de carbono á resina de poliimida para obter un substrato termocondutor flexible de tres capas. O material de recheo inorgánico pode ser nitruro de aluminio, óxido de aluminio ou nitruro de boro hexagonal. Este tipo de material de substrato ten unha condutividade térmica de 1.51 W/mK, pode resistir unha tensión de 2.5 kV e unha curvatura de 180 graos.