As we all know, the basic properties of PCB (papan sirkuit tercetak) tergantung pada kinerja bahan substratnya. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kinerja papan sirkuit, kinerja bahan substrat harus dioptimalkan terlebih dahulu. Sejauh ini, berbagai bahan baru sedang dikembangkan dan diterapkan untuk memenuhi persyaratan teknologi baru dan tren pasar.

Dalam beberapa tahun terakhir, papan sirkuit cetak telah mengalami transformasi. Pasar terutama telah bergeser dari produk perangkat keras tradisional seperti komputer desktop ke komunikasi nirkabel seperti server dan terminal seluler. Perangkat komunikasi seluler yang diwakili oleh ponsel pintar telah mendorong pengembangan PCB dengan kepadatan tinggi, ringan, dan multi-fungsi. Jika tidak ada bahan substrat, dan persyaratan prosesnya terkait erat dengan kinerja PCB, teknologi sirkuit tercetak tidak akan pernah terwujud. Oleh karena itu, pilihan bahan substrat memainkan peran penting dalam memberikan kualitas dan keandalan PCB dan produk akhir.

Meet the needs of high density and fine lines

•Persyaratan untuk foil tembaga

All PCB boards are moving towards higher density and finer circuits, especially HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Ten years ago, HDI PCB was defined as PCB, and its line width (L) and line spacing (S) were 0.1mm or less. However, the current standard values ​​of L and S in the electronics industry can be as small as 60 μm, and in advanced cases, their values ​​can be as low as 40 μm.

Cara menentukan bahan substrat PCB Anda

Metode tradisional pembentukan diagram sirkuit dalam proses pencitraan dan etsa. Dengan aplikasi substrat foil tembaga tipis (dengan ketebalan pada kisaran 9μm hingga 12μm), nilai L dan S terendah mencapai 30μm.

Karena tingginya biaya foil tembaga tipis CCL (Copper Clad Laminate) dan banyak cacat pada tumpukan, banyak produsen PCB cenderung menggunakan metode etsa-foil tembaga, dan ketebalan foil tembaga diatur ke 18μm. Padahal, cara ini tidak disarankan karena terlalu banyak prosedurnya, ketebalannya sulit dikontrol dan menimbulkan biaya yang lebih tinggi. Akibatnya, foil tembaga tipis lebih baik. Selain itu, ketika nilai L dan S papan kurang dari 20μm, foil tembaga standar tidak berfungsi. Terakhir, disarankan untuk menggunakan foil tembaga ultra-tipis, karena ketebalan tembaganya dapat disesuaikan dalam kisaran 3μm hingga 5μm.

Selain ketebalan foil tembaga, sirkuit presisi saat ini juga membutuhkan permukaan foil tembaga dengan kekasaran rendah. Untuk meningkatkan kemampuan ikatan antara foil tembaga dan bahan substrat dan memastikan kekuatan kulit konduktor, pemrosesan kasar dilakukan pada bidang foil tembaga, dan kekasaran umum foil tembaga lebih besar dari 5μm.

Penyematan hump copper foil sebagai bahan dasar bertujuan untuk meningkatkan kekuatan kulitnya. Namun, untuk mengontrol presisi timah agar tidak terlalu tergores selama etsa sirkuit, hal ini cenderung menyebabkan polutan punuk, yang dapat menyebabkan korsleting antar saluran atau penurunan kapasitas insulasi, yang terutama mempengaruhi sirkuit halus. Oleh karena itu, diperlukan foil tembaga dengan kekasaran rendah (kurang dari 3 m atau bahkan 1.5 m).

Although the roughness of the copper foil is reduced, it is still necessary to retain the peel strength of the conductor, which causes a special surface treatment on the surface of the copper foil and the substrate material, which helps to ensure the peel strength of the conductor.

• Persyaratan untuk isolasi dielektrik laminasi

One of the main technical characteristics of HDI PCB lies in the construction process. The commonly used RCC (resin coated copper) or prepreg epoxy glass cloth and copper foil lamination rarely lead to fine circuits. It is now inclined to use SAP and MSPA, which means the application of insulating dielectric film laminated electroless copper plating to produce copper conductive planes. Because the copper plane is thin, fine circuits can be produced.

Salah satu poin kunci dari SAP adalah untuk melaminasi bahan dielektrik. Untuk memenuhi persyaratan sirkuit presisi kepadatan tinggi, beberapa persyaratan harus diajukan untuk bahan laminasi, termasuk sifat dielektrik, insulasi, ketahanan panas dan ikatan, serta kemampuan beradaptasi teknis yang kompatibel dengan HDI PCB.

In global semiconductor packaging, IC packaging substrates are converted from ceramic substrates to organic substrates. The pitch of FC package substrates is becoming smaller and smaller, so the current typical value of L and S is 15 μm, and it will be smaller.

The performance of multi-layer substrates should emphasize low dielectric properties, low coefficient thermal expansion (CTE) and high heat resistance, which refers to low-cost substrates that meet the performance targets. Nowadays, MSPA insulation dielectric stacking technology is combined with thin copper foil to be used in the mass production of precision circuits. SAP is used to manufacture circuit patterns with both L and S values ​​less than 10 μm.

Kepadatan dan ketipisan PCB yang tinggi telah menyebabkan PCB HDI bertransisi dari laminasi dengan inti ke inti lapisan mana pun. Untuk PCB HDI dengan fungsi yang sama, area dan ketebalan PCB yang saling terhubung pada setiap lapisan berkurang 25% dibandingkan dengan yang memiliki laminasi inti. Hal ini diperlukan untuk menerapkan lapisan dielektrik yang lebih tipis dengan sifat listrik yang lebih baik di kedua PCB HDI ini.

Requires export from high frequency and high speed

Teknologi komunikasi elektronik berkisar dari kabel hingga nirkabel, dari frekuensi rendah dan kecepatan rendah hingga frekuensi tinggi dan kecepatan tinggi. Kinerja smartphone telah berevolusi dari 4G ke 5G, membutuhkan kecepatan transmisi yang lebih cepat dan volume transmisi yang lebih besar.

Munculnya era komputasi awan global telah menyebabkan beberapa peningkatan lalu lintas data, dan ada tren yang jelas untuk peralatan komunikasi frekuensi tinggi dan kecepatan tinggi. Untuk memenuhi persyaratan transmisi frekuensi tinggi dan kecepatan tinggi, selain mengurangi gangguan dan konsumsi sinyal, integritas sinyal dan manufaktur kompatibel dengan persyaratan desain desain PCB, bahan berkinerja tinggi adalah elemen terpenting.

Tugas utama seorang insinyur adalah mengurangi sifat kehilangan sinyal listrik untuk meningkatkan kecepatan PCB dan memecahkan masalah integritas sinyal. Berdasarkan PCBCart lebih dari sepuluh tahun layanan manufaktur, sebagai faktor kunci yang mempengaruhi pilihan bahan substrat, ketika konstanta dielektrik (Dk) lebih rendah dari 4 dan kerugian dielektrik (Df) lebih rendah dari 0.010, itu dianggap sebagai laminasi Dk/Df menengah Ketika Dk lebih rendah dari 3.7 dan Df lebih rendah dari 0.005, itu dianggap sebagai laminasi Dk/Df rendah. Saat ini, berbagai bahan substrat tersedia di pasaran.

Sejauh ini, ada tiga jenis bahan substrat papan sirkuit frekuensi tinggi yang umum digunakan: resin berbasis fluor, resin PPO atau PPE, dan resin epoksi yang dimodifikasi. Substrat dielektrik seri fluor, seperti PTFE, memiliki sifat dielektrik terendah dan biasanya digunakan untuk produk dengan frekuensi 5 GHz atau lebih tinggi. Substrat resin epoksi FR-4 atau PPO yang dimodifikasi cocok untuk produk dengan rentang frekuensi 1GHz hingga 10GHz.

Membandingkan tiga bahan substrat frekuensi tinggi, resin epoksi memiliki harga terendah, meskipun resin fluor memiliki harga tertinggi. Dalam hal konstanta dielektrik, kehilangan dielektrik, penyerapan air, dan karakteristik frekuensi, resin berbasis fluor memiliki kinerja terbaik, sedangkan resin epoksi berkinerja lebih buruk. Ketika frekuensi yang diterapkan oleh produk lebih tinggi dari 10GHz, hanya resin berbasis fluor yang akan bekerja. Kerugian dari PTFE termasuk biaya tinggi, kekakuan yang buruk, dan koefisien ekspansi termal yang tinggi.

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.

Selain persyaratan kinerja bahan isolasi seperti resin, kekasaran permukaan tembaga sebagai konduktor juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi kehilangan transmisi sinyal, yang merupakan hasil dari efek kulit. Pada dasarnya, efek kulit adalah bahwa induksi elektromagnetik yang dihasilkan pada transmisi sinyal frekuensi tinggi dan timah induktif menjadi begitu terkonsentrasi di tengah area penampang timah, dan arus atau sinyal penggerak difokuskan pada permukaan timah. Kekasaran permukaan konduktor memainkan peran kunci dalam mempengaruhi hilangnya sinyal transmisi, dan kekasaran rendah menyebabkan kerugian yang sangat kecil.

Pada frekuensi yang sama, kekasaran permukaan tembaga yang tinggi akan menyebabkan kehilangan sinyal yang tinggi. Oleh karena itu, kekasaran permukaan tembaga harus dikontrol dalam pembuatan yang sebenarnya, dan harus serendah mungkin tanpa mempengaruhi adhesi. Perhatian besar harus diberikan pada sinyal dalam rentang frekuensi 10 GHz atau lebih tinggi. Kekasaran foil tembaga harus kurang dari 1μm, dan yang terbaik adalah menggunakan foil tembaga ultra-permukaan dengan kekasaran 0.04μm. Kekasaran permukaan foil tembaga harus dikombinasikan dengan perlakuan oksidasi dan sistem resin ikatan yang sesuai. Dalam waktu dekat, mungkin ada foil tembaga tanpa resin berlapis profil, yang memiliki kekuatan kulit lebih tinggi untuk mencegah kerugian dielektrik terpengaruh.

Membutuhkan ketahanan termal yang tinggi dan disipasi tinggi

Dengan tren perkembangan miniaturisasi dan fungsionalitas tinggi, peralatan elektronik cenderung menghasilkan lebih banyak panas, sehingga persyaratan manajemen termal peralatan elektronik menjadi semakin menuntut. Salah satu solusi untuk masalah ini terletak pada penelitian dan pengembangan PCB konduktif termal. Kondisi dasar agar PCB berkinerja baik dalam hal ketahanan dan pembuangan panas adalah ketahanan panas dan kemampuan disipasi substrat. Peningkatan konduktivitas termal PCB saat ini terletak pada peningkatan resin dan penambahan pengisi, tetapi hanya bekerja dalam kategori terbatas. Metode tipikal adalah menggunakan IMS atau PCB inti logam, yang bertindak sebagai elemen pemanas. Dibandingkan dengan radiator dan kipas tradisional, metode ini memiliki keunggulan ukuran kecil dan biaya rendah.

Aluminium adalah bahan yang sangat menarik dengan keunggulan sumber daya yang melimpah, biaya rendah dan konduktivitas termal yang baik. Dan intensitas. Selain itu, sangat ramah lingkungan sehingga digunakan oleh sebagian besar substrat logam atau inti logam. Karena keuntungan ekonomi, sambungan listrik yang andal, konduktivitas termal dan kekuatan tinggi, bebas solder dan bebas timah, papan sirkuit berbasis aluminium telah digunakan dalam produk konsumen, mobil, perlengkapan militer, dan produk luar angkasa. Tidak ada keraguan bahwa kunci ketahanan panas dan kinerja disipasi substrat logam terletak pada adhesi antara pelat logam dan bidang sirkuit.

Bagaimana menentukan bahan substrat PCB Anda?

Di era elektronik modern, miniaturisasi dan ketipisan perangkat elektronik telah menyebabkan munculnya PCB kaku dan PCB fleksibel/kaku. Jadi jenis bahan substrat apa yang cocok untuk mereka?

Peningkatan area aplikasi PCB kaku dan PCB fleksibel/kaku telah membawa persyaratan baru dalam hal kuantitas dan kinerja. Misalnya, film polimida dapat diklasifikasikan ke dalam berbagai kategori, termasuk transparan, putih, hitam dan kuning, dengan ketahanan panas yang tinggi dan koefisien ekspansi termal yang rendah untuk aplikasi dalam situasi yang berbeda. Demikian pula, substrat film poliester yang hemat biaya akan diterima oleh pasar karena elastisitasnya yang tinggi, stabilitas dimensi, kualitas permukaan film, kopling fotolistrik, dan ketahanan lingkungan, untuk memenuhi kebutuhan pengguna yang terus berubah.

Mirip dengan HDI PCB kaku, PCB fleksibel harus memenuhi persyaratan transmisi sinyal berkecepatan tinggi dan frekuensi tinggi, dan perhatian harus diberikan pada konstanta dielektrik dan kehilangan dielektrik dari bahan substrat fleksibel. Sirkuit fleksibel dapat terdiri dari polytetrafluoroethylene dan substrat polimida canggih. Debu anorganik dan serat karbon dapat ditambahkan ke resin polimida untuk menghasilkan substrat konduktif termal fleksibel tiga lapis. Bahan pengisi anorganik dapat berupa aluminium nitrida, aluminium oksida atau boron nitrida heksagonal. Jenis bahan substrat ini memiliki konduktivitas termal 1.51W/mK, dapat menahan tegangan 2.5kV dan kelengkungan 180 derajat.