Eins og við vitum öll, eru grunneiginleikar PCB (prentað hringrás) fer eftir frammistöðu undirlagsefnisins. Þess vegna, til að bæta frammistöðu hringrásarborðsins, verður fyrst að fínstilla frammistöðu undirlagsefnisins. Hingað til hafa ýmis ný efni verið þróuð og notuð til að mæta kröfum nýrrar tækni og markaðsþróunar.

Á undanförnum árum hafa prentplötur tekið breytingum. Markaðurinn hefur aðallega færst frá hefðbundnum vélbúnaðarvörum eins og borðtölvum yfir í þráðlaus fjarskipti eins og netþjóna og farsímaútstöðvar. Farsímasamskiptatæki táknuð með snjallsímum hafa stuðlað að þróun háþéttni, léttra og fjölnota PCB. Ef það er ekkert undirlagsefni og ferlikröfur þess eru nátengdar frammistöðu PCB, mun prentað hringrásartækni aldrei verða að veruleika. Þess vegna gegnir val á undirlagsefni mikilvægu hlutverki við að veita gæði og áreiðanleika PCB og endanlegrar vöru.

Uppfylltu þarfir hárþéttleika og fínna lína

•Kröfur um koparpappír

Öll PCB töflur eru að færast í átt að hærri þéttleika og fínni hringrásum, sérstaklega HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Fyrir tíu árum síðan var HDI PCB skilgreint sem PCB og línubreidd þess (L) og línubil (S) voru 0.1 mm eða minna. Hins vegar geta núverandi staðalgildi L og S í rafeindaiðnaði verið allt að 60 μm, og í háþróuðum tilfellum geta gildi þeirra verið allt að 40 μm.

Hvernig á að ákvarða PCB undirlagsefnið þitt

Hefðbundin aðferð við myndun hringrásarrita er í myndmyndun og ætingarferli. Með beitingu þunnrar koparþynnu undirlags (með þykkt á bilinu 9μm til 12μm) nær lægsta gildi L og S 30μm.

Vegna mikils kostnaðar við þunnt koparþynna CCL (Copper Clad Laminate) og margra galla í staflanum, hafa margir PCB framleiðendur tilhneigingu til að nota ætingar-koparþynnuaðferðina og koparþynnuna er stillt á 18μm. Reyndar er ekki mælt með þessari aðferð vegna þess að hún inniheldur of margar aðferðir, þykktin er erfitt að stjórna og leiðir til hærri kostnaðar. Fyrir vikið er þunn koparpappír betri. Að auki, þegar L og S gildi borðsins eru minna en 20μm, virkar staðlað koparpappír ekki. Að lokum er mælt með því að nota ofurþunnt koparþynna, því koparþykkt hennar er hægt að stilla á bilinu 3μm til 5μm.

Til viðbótar við þykkt koparþynnunnar, krefjast núverandi nákvæmnisrásir einnig koparþynnuyfirborðs með litlum grófleika. Til að bæta tengingargetu milli koparþynnunnar og undirlagsefnisins og tryggja afhýðingarstyrk leiðarans er gróf vinnsla framkvæmd á koparþynnuplaninu og almennur grófleiki koparþynnunnar er meiri en 5μm.

Innfelling af koparþynnu sem grunnefni miðar að því að bæta afhýðingarstyrk þess. Hins vegar, til þess að stjórna nákvæmni blýsins í burtu frá ofætu við ætingu hringrásar, hefur það tilhneigingu til að valda hnúðmengun, sem getur valdið skammhlaupi á milli lína eða minnkun á einangrunargetu, sem hefur sérstaklega áhrif á fínar hringrásir. Þess vegna er koparþynna með litlum grófleika (minna en 3 μm eða jafnvel 1.5 μm) krafist.

Þrátt fyrir að grófleiki koparþynnunnar sé minnkaður, er samt nauðsynlegt að halda afhýðingarstyrk leiðarans, sem veldur sérstakri yfirborðsmeðferð á yfirborði koparþynnunnar og undirlagsefnisins, sem hjálpar til við að tryggja afhýðingarstyrk leiðari.

• Kröfur um einangrandi díelektrískt lagskipt

Einn af helstu tæknilegum eiginleikum HDI PCB liggur í byggingarferlinu. Algengt er að nota RCC (resin copper) eða prepreg epoxýglerklút og koparþynnulögun leiða sjaldan til fíngerðra hringrása. Það hallast nú að því að nota SAP og MSPA, sem þýðir beitingu einangrandi raffilmulagaðrar raflausrar koparhúðun til að framleiða koparleiðandi flugvélar. Vegna þess að koparplanið er þunnt er hægt að framleiða fínar hringrásir.

Eitt af lykilatriðum SAP er að lagskipta rafræn efni. Til að uppfylla kröfur um háþéttni nákvæmni hringrás, verður að setja fram nokkrar kröfur fyrir lagskipt efni, þar á meðal rafeiginleikar, einangrun, hitaþol og tengingu, auk tæknilegrar aðlögunarhæfni sem er samhæft við HDI PCB.

Í alþjóðlegum hálfleiðurumbúðum er IC umbúðum hvarfefni breytt úr keramik hvarfefni í lífrænt hvarfefni. Hljóðhæð FC pakka hvarfefna er að verða minni og minni, þannig að núverandi dæmigerð gildi L og S er 15 μm, og það verður minna.

Frammistaða margra laga hvarfefna ætti að leggja áherslu á lága rafeiginleikaeiginleika, lágan varmaþenslu (CTE) og mikla hitaþol, sem vísar til lágkostnaðar undirlags sem uppfyllir frammistöðumarkmiðin. Nú á dögum er MSPA einangrunar rafstöfunartækni sameinuð þunnri koparþynnu til að nota í fjöldaframleiðslu nákvæmnisrása. SAP er notað til að framleiða hringrásarmynstur með bæði L og S gildi minna en 10 μm.

Hár þéttleiki og þunnleiki PCB efna hefur valdið því að HDI PCB breytist úr lagskiptum með kjarna yfir í kjarna úr hvaða lagi sem er. Fyrir HDI PCB með sömu virkni minnkar flatarmál og þykkt PCB sem eru samtengd á hvaða lag sem er um 25% samanborið við þá sem eru með kjarna lagskipt. Nauðsynlegt er að setja þynnra dísellag með betri rafeiginleikum í þessum tveimur HDI PCB.

Krefst útflutnings frá mikilli tíðni og miklum hraða

Rafræn fjarskiptatækni er allt frá snúru til þráðlauss, frá lágtíðni og lághraða til hátíðni og háhraða. Frammistaða snjallsíma hefur þróast úr 4G í 5G, sem krefst hraðari sendingarhraða og meiri sendingarmagns.

Tilkoma hins alþjóðlega skýjatölvutímabils hefur leitt til margfaldrar aukningar á gagnaumferð og það er skýr þróun fyrir hátíðni og háhraða samskiptabúnað. Til að uppfylla kröfur um hátíðni og háhraða sendingu, auk þess að draga úr truflunum og neyslu merkja, eru merkiheilleiki og framleiðsla í samræmi við hönnunarkröfur PCB hönnunar, afkastamikil efni eru mikilvægasti þátturinn.

Aðalstarf verkfræðings er að draga úr eiginleikum rafmerkjataps til að auka PCB hraða og leysa vandamál með heilleika merkja. Byggt á meira en tíu ára framleiðsluþjónustu PCBCart, sem lykilatriði sem hefur áhrif á val á undirlagsefni, þegar rafstuðullinn (Dk) er lægri en 4 og rafstraumstapið (Df) er lægra en 0.010, er litið á það sem millistig Dk/Df lagskipt Þegar Dk er lægra en 3.7 og Df er lægra en 0.005, er það talið lágt Dk/Df lagskipt. Eins og er eru margs konar undirlagsefni fáanleg á markaðnum.

Hingað til eru aðallega þrjár gerðir af almennt notuðum undirlagsefnum fyrir hátíðni hringrásarplötur: flúor-undirstaða kvoða, PPO eða PPE kvoða og breytt epoxý kvoða. Flúorröð dielektrísk hvarfefni, svo sem PTFE, hafa lægstu dielectric eiginleika og eru venjulega notuð fyrir vörur með tíðni 5 GHz eða hærri. Breytt epoxý plastefni FR-4 eða PPO hvarfefni er hentugur fyrir vörur með tíðnisvið frá 1GHz til 10GHz.

Ef borin eru saman þrjú hátíðnihvarfefnin hefur epoxýplastefni lægsta verðið, þó flúorplastefni sé með hæsta verðið. Hvað varðar rafstuðul, rafstraumstap, vatnsgleypni og tíðnieiginleika, skila flúor-undirstaða kvoða best á meðan epoxý kvoða standa sig verr. Þegar tíðnin sem varan beitir er hærri en 10GHz, mun aðeins flúor-undirstaða plastefnið virka. Ókostir PTFE eru meðal annars hár kostnaður, léleg stífni og hár varmaþenslustuðull.

Fyrir PTFE er hægt að nota ólífræn efni í lausu (eins og kísil) sem fylliefni eða glerdúk til að auka stífni undirlagsefnisins og draga úr hitastækkunarstuðul. Að auki, vegna tregðu PTFE sameindanna, er erfitt fyrir PTFE sameindirnar að tengjast koparþynnunni, þannig að sérstakri yfirborðsmeðferð sem er samhæf við koparþynnuna verður að veruleika. Meðferðaraðferðin er að framkvæma efnafræðilega ætingu á yfirborði pólýtetraflúoretýlensins til að auka grófleika yfirborðsins eða bæta við límfilmu til að auka viðloðunina. Með beitingu þessarar aðferðar geta rafeiginleikar verið fyrir áhrifum, og allt flúor-undirstaða hátíðni hringrás verður að þróa frekar.

Einstakt einangrunarplastefni sem samanstendur af breyttu epoxýplastefni eða PPE og TMA, MDI og BMI, auk glerklút. Svipað og FR-4 CCL hefur það einnig framúrskarandi hitaþol og rafeiginleikaeiginleika, vélrænan styrk og PCB framleiðslugetu, sem allt gerir það vinsælli en PTFE byggt hvarfefni.

Til viðbótar við frammistöðukröfur einangrunarefna eins og kvoða, er yfirborðsgrófleiki kopars sem leiðara einnig mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á tap á merkjasendingum, sem er afleiðing húðáhrifanna. Í grundvallaratriðum eru húðáhrifin þau að rafsegulframleiðslan sem myndast við hátíðnimerkjasendinguna og innleiðandi leiðarinn verður svo einbeitt í miðju þversniðssvæðis leiðslunnar og akstursstraumurinn eða merkið beinist að yfirborð blýsins. Yfirborðsgrófleiki leiðarans gegnir lykilhlutverki í að hafa áhrif á tap á sendingarmerkinu og lítill grófleiki leiðir til mjög lítils taps.

Á sömu tíðni mun hár yfirborðsgrófleiki kopars valda miklu merkjatapi. Þess vegna verður að stjórna grófleika kopars á yfirborði í raunverulegri framleiðslu og það ætti að vera eins lítið og mögulegt er án þess að hafa áhrif á viðloðun. Gefa þarf mikla athygli að merkjum á tíðnisviðinu 10 GHz eða hærra. Ójöfnur koparþynnunnar þarf að vera minni en 1μm og best er að nota ofur yfirborð koparþynnu með grófleika 0.04μm. Yfirborðsgrófleiki koparþynnunnar verður að sameina með viðeigandi oxunarmeðferð og bindandi plastefniskerfi. Í náinni framtíð gæti komið koparþynna án prófílhúðaðs plastefnis, sem hefur meiri afhýðingarstyrk til að koma í veg fyrir að raftapið verði fyrir áhrifum.

Krefst mikillar hitaþols og mikillar útbreiðslu

Með þróun smæðingar og mikillar virkni hefur rafeindabúnaður tilhneigingu til að mynda meiri hita, þannig að kröfur um hitastjórnun rafeindabúnaðar verða sífellt meira krefjandi. Ein af lausnunum á þessu vandamáli liggur í rannsóknum og þróun á varmaleiðandi PCB. Grunnskilyrði þess að PCB geti staðið sig vel hvað varðar hitaþol og útbreiðslu er hitaþol og losunargeta undirlagsins. Núverandi framför á hitaleiðni PCB felst í endurbótum á plastefni og fyllingu, en það virkar aðeins í takmörkuðum flokki. Dæmigerð aðferð er að nota IMS eða málmkjarna PCB, sem virka sem hitaeiningar. Í samanburði við hefðbundna ofna og viftur hefur þessi aðferð kosti smæðar og lágs kostnaðar.

Ál er mjög aðlaðandi efni með kostum mikilla auðlinda, litlum tilkostnaði og góðri hitaleiðni. Og styrkleiki. Að auki er það svo umhverfisvænt að það er notað af flestum málmhvarfefnum eða málmkjarna. Vegna kosta hagkvæmni, áreiðanlegrar raftengingar, hitaleiðni og mikils styrks, hafa lóðmálmlaus og blýlaus, ál-undirstaða hringrás verið notuð í neysluvörum, bifreiðum, hergögnum og geimferðavörum. Það er enginn vafi á því að lykillinn að hitaþol og útbreiðsluframmistöðu málmundirlagsins liggur í viðloðun milli málmplötunnar og hringrásarplansins.

Hvernig á að ákvarða undirlagsefni PCB þíns?

Á nútíma rafrænum tímum hefur smæðun og þynning rafeindatækja leitt til þess að stíf PCB og sveigjanleg/stíf PCB hafa komið fram. Svo hvaða tegund af undirlagsefni er hentugur fyrir þá?

Aukin notkunarsvið stífra PCB og sveigjanlegra/stífra PCB hafa sett fram nýjar kröfur hvað varðar magn og afköst. Til dæmis er hægt að flokka pólýímíðfilmur í ýmsa flokka, þar á meðal gagnsæ, hvít, svört og gul, með mikla hitaþol og lágan varmaþenslustuðul til notkunar við mismunandi aðstæður. Á sama hátt verður hagkvæmt pólýesterfilmuundirlag samþykkt af markaðnum vegna mikillar mýktar, víddarstöðugleika, filmuyfirborðsgæða, ljósraftengingar og umhverfisviðnáms, til að mæta breyttum þörfum notenda.

Svipað og stíft HDI PCB verður sveigjanlegt PCB að uppfylla kröfur um háhraða og hátíðni merki sendingu og athygli verður að borga fyrir rafmagnsfastann og rafstraumstap sveigjanlega undirlagsefnisins. Sveigjanlega hringrásin getur verið samsett úr pólýtetraflúoróetýleni og háþróuðu pólýímíð hvarfefni. Hægt er að bæta ólífrænu ryki og koltrefjum við pólýímíð plastefnið til að mynda þriggja laga sveigjanlegt hitaleiðandi undirlag. Ólífræna fylliefnið getur verið álinnítríð, áloxíð eða sexhyrnt bórnítríð. Þessi tegund af undirlagsefni hefur hitaleiðni 1.51W/mK, þolir spennu upp á 2.5kV og sveigju 180 gráður.