Kao što svi znamo, osnovna svojstva PCB (tiskana ploča) ovise o performansama njegovog materijala podloge. Stoga, kako bi se poboljšale performanse pločice, najprije se mora optimizirati izvedba materijala podloge. Do sada se razvijaju i primjenjuju različiti novi materijali koji zadovoljavaju zahtjeve novih tehnologija i tržišnih trendova.

Posljednjih godina tiskane ploče doživjele su transformaciju. Tržište se uglavnom pomaknulo s tradicionalnih hardverskih proizvoda kao što su stolna računala na bežične komunikacije poput poslužitelja i mobilnih terminala. Mobilni komunikacijski uređaji koje predstavljaju pametni telefoni potaknuli su razvoj lakih i višenamjenskih PCB-a visoke gustoće. Ako nema materijala podloge, a njegovi procesni zahtjevi usko su povezani s performansama PCB-a, tehnologija tiskanog kruga nikada neće biti realizirana. Stoga izbor materijala podloge igra vitalnu ulogu u osiguravanju kvalitete i pouzdanosti PCB-a i konačnog proizvoda.

Zadovoljite potrebe visoke gustoće i finih bora

•Zahtjevi za bakrenu foliju

Sve PCB ploče kreću se prema većoj gustoći i finijim krugovima, posebno HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Prije deset godina, HDI PCB definiran je kao PCB, a njegova širina linija (L) i razmak između redova (S) bili su 0.1 mm ili manje. Međutim, trenutne standardne vrijednosti L i S u elektroničkoj industriji mogu biti čak 60 μm, au naprednim slučajevima njihove vrijednosti mogu biti i do 40 μm.

Kako odrediti svoj materijal PCB podloge

Tradicionalna metoda formiranja dijagrama je u procesu snimanja i graviranja. Primjenom podloga od tanke bakrene folije (debljine u rasponu od 9μm do 12μm) najniža vrijednost L i S doseže 30μm.

Zbog visoke cijene tanke bakrene folije CCL (Copper Clad Laminate) i mnogih nedostataka u snopu, mnogi proizvođači PCB-a nastoje koristiti metodu bakrene folije za jetkanje, a debljina bakrene folije postavljena je na 18 μm. Zapravo se ova metoda ne preporučuje jer sadrži previše zahvata, debljinu je teško kontrolirati i dovodi do većih troškova. Kao rezultat toga, tanka bakrena folija je bolja. Osim toga, kada su L i S vrijednosti ploče manje od 20 μm, standardna bakrena folija ne radi. Konačno, preporuča se korištenje ultra tanke bakrene folije, jer se njena debljina bakra može podesiti u rasponu od 3μm do 5μm.

Osim debljine bakrene folije, strujni precizni krugovi zahtijevaju i površinu bakrene folije s malom hrapavostom. Kako bi se poboljšala sposobnost vezivanja između bakrene folije i materijala podloge i osigurala čvrstoća vodiča na ljuštenje, na ravnini bakrene folije izvodi se gruba obrada, a opća hrapavost bakrene folije je veća od 5 μm.

Ugradnja bakrene folije s grbom kao osnovnog materijala ima za cilj poboljšati njezinu čvrstoću pri ljuštenju. Međutim, kako bi se kontrolirala preciznost provodnika od prekomjernog jetkanja tijekom jetkanja kruga, ono ima tendenciju uzrokovati zagađivače izbočina, što može uzrokovati kratki spoj između vodova ili smanjenje izolacijskog kapaciteta, što posebno utječe na fine krugove. Stoga je potrebna bakrena folija male hrapavosti (manje od 3 μm ili čak 1.5 μm).

Iako je hrapavost bakrene folije smanjena, ipak je potrebno zadržati čvrstoću provodnika na ljuštenje, što uzrokuje posebnu površinsku obradu površine bakrene folije i materijala podloge, čime se osigurava čvrstoća na ljuštenje provodnika. dirigent.

• Zahtjevi za izolaciju dielektričnih laminata

Jedna od glavnih tehničkih karakteristika HDI PCB-a leži u procesu konstrukcije. Obično korišteni RCC (bakar obložen smolom) ili prepreg epoksi staklena tkanina i laminacija bakrene folije rijetko dovode do finih krugova. Sada je sklon upotrebi SAP i MSPA, što znači primjenu izolacijskog dielektričnog filma laminiranog elektrobez bakrenog oplata za proizvodnju bakrenih vodljivih ravnina. Budući da je bakrena ravnina tanka, mogu se proizvesti fini krugovi.

Jedna od ključnih točaka SAP-a je laminiranje dielektričnih materijala. Kako bi se zadovoljili zahtjevi preciznih krugova visoke gustoće, moraju se postaviti neki zahtjevi za laminatne materijale, uključujući dielektrična svojstva, izolaciju, toplinsku otpornost i lijepljenje, kao i tehničku prilagodljivost kompatibilnu s HDI PCB-om.

U globalnom pakiranju poluvodiča, IC supstrati za pakiranje se pretvaraju iz keramičkih supstrata u organske supstrate. Nagib supstrata FC paketa postaje sve manji, pa je trenutna tipična vrijednost L i S 15 μm, a bit će i manja.

Izvedba višeslojnih supstrata trebala bi naglasiti niska dielektrična svojstva, niski koeficijent toplinskog širenja (CTE) i visoku otpornost na toplinu, što se odnosi na jeftine podloge koje ispunjavaju ciljeve performansi. Danas se MSPA izolacijska dielektrična tehnologija slaganja kombinira s tankom bakrenom folijom koja se koristi u masovnoj proizvodnji preciznih krugova. SAP se koristi za proizvodnju uzoraka krugova s ​​vrijednostima L i S manjim od 10 μm.

Velika gustoća i tankoća PCB-a uzrokovala je prijelaz HDI PCB-a s laminacije s jezgrama na jezgre bilo kojeg sloja. Za HDI PCB s istom funkcijom, površina i debljina PCB-a međusobno povezanih na bilo kojem sloju smanjeni su za 25% u usporedbi s onima s jezgrom laminata. U ova dva HDI PCB-a potrebno je nanijeti tanji dielektrični sloj s boljim električnim svojstvima.

Zahtijeva izvoz visoke frekvencije i velike brzine

Elektronička komunikacijska tehnologija se kreće od žičane do bežične, od niske frekvencije i niske brzine do visoke frekvencije i velike brzine. Performanse pametnih telefona evoluirale su s 4G na 5G, što zahtijeva veće brzine prijenosa i veći volumen prijenosa.

Dolazak globalne ere računalstva u oblaku doveo je do višestrukog povećanja podatkovnog prometa, a postoji i jasan trend visokofrekventne i brze komunikacijske opreme. Kako bi se zadovoljili zahtjevi prijenosa visoke frekvencije i velike brzine, osim smanjenja smetnji i potrošnje signala, integritet signala i proizvodnja kompatibilni su sa zahtjevima dizajna PCB dizajna, materijali visokih performansi su najvažniji element.

Glavni posao inženjera je smanjiti svojstva gubitka električnog signala kako bi se povećala brzina PCB-a i riješili problemi integriteta signala. Na temelju više od deset godina proizvodnih usluga PCBCarta, kao ključnog čimbenika koji utječe na izbor materijala podloge, kada je dielektrična konstanta (Dk) niža od 4, a dielektrični gubitak (Df) manji od 0.010, smatra se srednji Dk/Df laminat Kada je Dk niži od 3.7, a Df manji od 0.005, smatra se laminatom s niskim Dk/Df. Trenutno su na tržištu dostupni različiti materijali za podlogu.

Do sada su uglavnom postojale tri vrste najčešće korištenih materijala za podlogu visokofrekventnih ploča: smole na bazi fluora, PPO ili PPE smole i modificirane epoksidne smole. Dielektrični supstrati serije fluora, kao što je PTFE, imaju najniža dielektrična svojstva i obično se koriste za proizvode s frekvencijom od 5 GHz ili više. Modificirana epoksidna smola FR-4 ili PPO supstrat prikladna je za proizvode s frekvencijskim rasponom od 1 GHz do 10 GHz.

Uspoređujući tri visokofrekventna materijala podloge, epoksidna smola ima najnižu cijenu, iako fluorova smola ima najvišu cijenu. Što se tiče dielektrične konstante, dielektričnog gubitka, apsorpcije vode i frekvencijskih karakteristika, smole na bazi fluora rade najbolje, dok su epoksidne smole lošije. Kada je frekvencija koju primjenjuje proizvod viša od 10 GHz, radit će samo smola na bazi fluora. Nedostaci PTFE-a uključuju visoku cijenu, lošu krutost i visok koeficijent toplinskog širenja.

Za PTFE, rasute anorganske tvari (kao što je silicij) mogu se koristiti kao materijali za punjenje ili staklena tkanina kako bi se povećala krutost materijala podloge i smanjio koeficijent toplinskog širenja. Osim toga, zbog inertnosti PTFE molekula, molekule PTFE se teško vezuju za bakrenu foliju, pa se mora realizirati posebna površinska obrada kompatibilna s bakrenom folijom. Metoda obrade je kemijsko jetkanje na površini politetrafluoroetilena kako bi se povećala hrapavost površine ili dodavanje ljepljivog filma kako bi se povećala sposobnost prianjanja. Primjenom ove metode mogu se utjecati na dielektrična svojstva, te se cijeli visokofrekventni krug na bazi fluora mora dalje razvijati.

Jedinstvena izolacijska smola sastavljena od modificirane epoksidne smole ili PPE i TMA, MDI i BMI, plus staklena tkanina. Slično FR-4 CCL, također ima izvrsnu otpornost na toplinu i dielektrična svojstva, mehaničku čvrstoću i mogućnost izrade PCB-a, što ga sve čini popularnijim od supstrata na bazi PTFE.

Osim zahtjeva za performansama izolacijskih materijala kao što su smole, hrapavost površine bakra kao vodiča također je važan čimbenik koji utječe na gubitak prijenosa signala, što je rezultat skin efekta. U osnovi, skin efekt je da se elektromagnetska indukcija generirana pri prijenosu visokofrekventnog signala i induktivni vod toliko koncentrira u središtu površine poprečnog presjeka elektrode, a pogonska struja ili signal se fokusira na površina olova. Hrapavost površine vodiča igra ključnu ulogu u utjecaju na gubitak prijenosnog signala, a mala hrapavost dovodi do vrlo malih gubitaka.

Na istoj frekvenciji, velika hrapavost površine bakra će uzrokovati veliki gubitak signala. Stoga se hrapavost površinskog bakra mora kontrolirati u stvarnoj proizvodnji i treba biti što niža bez utjecaja na prianjanje. Veliku pozornost treba posvetiti signalima u frekvencijskom području od 10 GHz ili više. Hrapavost bakrene folije mora biti manja od 1μm, a najbolje je koristiti ultra-površinsku bakrenu foliju hrapavosti od 0.04μm. Hrapavost površine bakrene folije mora se kombinirati s odgovarajućim oksidacijskim sustavom i sustavom vezivne smole. U bliskoj budućnosti može postojati bakrena folija bez profilirane smole, koja ima veću čvrstoću na ljuštenje kako bi se spriječilo smanjenje dielektričnog gubitka.

Zahtijeva visoku toplinsku otpornost i veliku disipaciju

S trendom razvoja minijaturizacije i visoke funkcionalnosti, elektronička oprema ima tendenciju generiranja više topline, tako da zahtjevi za upravljanje toplinom elektroničke opreme postaju sve zahtjevniji. Jedno od rješenja ovog problema leži u istraživanju i razvoju toplinski vodljivih PCB-a. Osnovni uvjet da PCB radi dobro u smislu otpornosti na toplinu i disipacije je otpornost na toplinu i sposobnost disipacije podloge. Trenutno poboljšanje toplinske vodljivosti PCB-a leži u poboljšanju dodavanja smole i punjenja, ali djeluje samo u ograničenoj kategoriji. Tipična metoda je korištenje IMS-a ili PCB-a s metalnom jezgrom, koji djeluju kao grijaći elementi. U usporedbi s tradicionalnim radijatorima i ventilatorima, ova metoda ima prednosti male veličine i niske cijene.

Aluminij je vrlo atraktivan materijal s prednostima bogatih resursa, niske cijene i dobre toplinske vodljivosti. I intenzitet. Osim toga, toliko je ekološki prihvatljiv da ga koristi većina metalnih podloga ili metalnih jezgri. Zbog prednosti ekonomičnosti, pouzdanog električnog povezivanja, toplinske vodljivosti i velike čvrstoće, aluminijske pločice bez lemljenja i olova koriste se u potrošačkim proizvodima, automobilima, vojnim potrepštinama i zrakoplovnim proizvodima. Nema sumnje da ključ za otpornost na toplinu i učinak disipacije metalne podloge leži u prianjanju između metalne ploče i ravnine kruga.

Kako odrediti materijal podloge vašeg PCB-a?

U modernom elektroničkom dobu, minijaturizacija i tankost elektroničkih uređaja dovela je do pojave krutih PCB-a i fleksibilnih/krutih PCB-a. Dakle, koja je vrsta materijala supstrata prikladna za njih?

Povećana područja primjene krutih PCB-a i fleksibilnih/krutih PCB-a donijela su nove zahtjeve u pogledu količine i performansi. Na primjer, poliimidne folije mogu se klasificirati u različite kategorije, uključujući prozirne, bijele, crne i žute, s visokom otpornošću na toplinu i niskim koeficijentom toplinskog širenja za primjenu u različitim situacijama. Slično, tržište će prihvatiti isplativ poliesterski filmski supstrat zbog svoje visoke elastičnosti, stabilnosti dimenzija, kvalitete površine filma, fotoelektrične spojke i otpornosti na okoliš, kako bi se zadovoljile promjenjive potrebe korisnika.

Slično krutom HDI PCB-u, fleksibilna PCB mora ispunjavati zahtjeve za brzi i visokofrekventni prijenos signala, a pozornost se mora obratiti na dielektričnu konstantu i dielektrične gubitke materijala fleksibilne podloge. Fleksibilni krug može se sastojati od politetrafluoroetilena i naprednog poliimidnog supstrata. Poliimidnoj smoli mogu se dodati anorganska prašina i ugljična vlakna kako bi se dobila troslojna fleksibilna toplinski vodljiva podloga. Anorganski materijal za punjenje može biti aluminijev nitrid, aluminijev oksid ili heksagonalni bor nitrid. Ova vrsta materijala podloge ima toplinsku vodljivost od 1.51 W/mK, može izdržati napon od 2.5 kV i zakrivljenost od 180 stupnjeva.