Come tutti sappiamo, le proprietà di base di PCB (circuito stampato) dipendono dalle prestazioni del suo materiale di supporto. Pertanto, al fine di migliorare le prestazioni del circuito stampato, è necessario prima ottimizzare le prestazioni del materiale del substrato. Finora sono stati sviluppati e applicati vari nuovi materiali per soddisfare i requisiti delle nuove tecnologie e le tendenze del mercato.

Negli ultimi anni i circuiti stampati hanno subito una trasformazione. Il mercato si è principalmente spostato dai prodotti hardware tradizionali come i computer desktop alle comunicazioni wireless come server e terminali mobili. I dispositivi di comunicazione mobile rappresentati dagli smartphone hanno promosso lo sviluppo di PCB ad alta densità, leggeri e multifunzionali. Se non c’è materiale di substrato e i suoi requisiti di processo sono strettamente correlati alle prestazioni del PCB, la tecnologia del circuito stampato non sarà mai realizzata. Pertanto, la scelta del materiale del substrato svolge un ruolo fondamentale nel fornire la qualità e l’affidabilità del PCB e del prodotto finale.

Soddisfa le esigenze di alta densità e linee sottili

•Requisiti per la lamina di rame

Tutte le schede PCB si stanno spostando verso circuiti a densità più elevata e più fini, in particolare PCB HDI (PCB ad alta densità di interconnessione). Dieci anni fa, HDI PCB era definito come PCB e la sua larghezza della linea (L) e l’interlinea (S) erano 0.1 mm o meno. Tuttavia, gli attuali valori standard di L e S nell’industria elettronica possono essere fino a 60 μm e, in casi avanzati, i loro valori possono arrivare fino a 40 μm.

Come determinare il materiale del substrato del PCB

Il metodo tradizionale di formazione dello schema circuitale è nel processo di imaging e incisione. Con l’applicazione di sottili substrati in lamina di rame (con uno spessore compreso tra 9μm e 12μm), il valore più basso di L e S raggiunge i 30μm.

A causa dell’alto costo del sottile foglio di rame CCL (Copper Clad Laminate) e di molti difetti nello stack, molti produttori di PCB tendono a utilizzare il metodo del foglio di rame inciso e lo spessore del foglio di rame è impostato su 18 μm. Questo metodo infatti è sconsigliato perché contiene troppi procedimenti, lo spessore è difficile da controllare e comporta costi maggiori. Di conseguenza, il foglio di rame sottile è migliore. Inoltre, quando i valori L e S della scheda sono inferiori a 20μm, la lamina di rame standard non funziona. Infine, si consiglia di utilizzare un foglio di rame ultrasottile, poiché il suo spessore di rame può essere regolato nell’intervallo da 3μm a 5μm.

Oltre allo spessore della lamina di rame, gli attuali circuiti di precisione richiedono anche una superficie della lamina di rame con bassa rugosità. Al fine di migliorare la capacità di legame tra la lamina di rame e il materiale del substrato e garantire la resistenza alla pelatura del conduttore, viene eseguita una lavorazione approssimativa sul piano della lamina di rame e la rugosità generale della lamina di rame è maggiore di 5 μm.

Incorporare una lamina di rame gobba poiché il materiale di base mira a migliorare la sua resistenza alla pelatura. Tuttavia, per controllare la precisione del conduttore lontano dall’over-etching durante l’attacco del circuito, tende a causare inquinanti di gobba, che possono causare un cortocircuito tra le linee o una diminuzione della capacità di isolamento, che colpisce particolarmente i circuiti fini. Pertanto, è necessaria una lamina di rame con bassa rugosità (inferiore a 3 μm o addirittura 1.5 μm).

Sebbene la rugosità della lamina di rame sia ridotta, è comunque necessario mantenere la resistenza alla pelatura del conduttore, il che provoca uno speciale trattamento superficiale sulla superficie della lamina di rame e sul materiale del substrato, che aiuta a garantire la resistenza alla pelatura della lamina di rame. conduttore.

• Requisiti per isolanti laminati dielettrici

Una delle principali caratteristiche tecniche di HDI PCB risiede nel processo di costruzione. L’RCC (rame rivestito di resina) comunemente usato o il tessuto di vetro epossidico preimpregnato e la laminatura in lamina di rame raramente portano a circuiti fini. Ora è incline a utilizzare SAP e MSPA, il che significa l’applicazione di una placcatura in rame laminata per elettrolisi con film dielettrico isolante per produrre piani conduttivi in ​​rame. Poiché il piano in rame è sottile, è possibile produrre circuiti sottili.

Uno dei punti chiave di SAP è laminare materiali dielettrici. Per soddisfare i requisiti dei circuiti di precisione ad alta densità, è necessario presentare alcuni requisiti per i materiali laminati, tra cui proprietà dielettriche, isolamento, resistenza al calore e incollaggio, nonché adattabilità tecnica compatibile con PCB HDI.

Nell’imballaggio globale dei semiconduttori, i substrati dell’imballaggio IC vengono convertiti da substrati ceramici a substrati organici. Il passo dei substrati del pacchetto FC sta diventando sempre più piccolo, quindi l’attuale valore tipico di L e S è 15 μm e sarà più piccolo.

Le prestazioni dei substrati multistrato dovrebbero enfatizzare le basse proprietà dielettriche, l’espansione termica a basso coefficiente (CTE) e l’elevata resistenza al calore, che si riferisce a substrati a basso costo che soddisfano gli obiettivi prestazionali. Al giorno d’oggi, la tecnologia di stacking dielettrico di isolamento MSPA è combinata con un sottile foglio di rame per essere utilizzata nella produzione di massa di circuiti di precisione. SAP viene utilizzato per produrre schemi di circuiti con valori L e S inferiori a 10 μm.

L’elevata densità e sottigliezza dei PCB ha fatto sì che i PCB HDI passassero dalla laminazione con nuclei ai nuclei di qualsiasi strato. Per i PCB HDI con la stessa funzione, l’area e lo spessore dei PCB interconnessi su qualsiasi strato sono ridotti del 25% rispetto a quelli con laminati core. È necessario applicare uno strato dielettrico più sottile con migliori proprietà elettriche in questi due PCB HDI.

Richiede l’esportazione da alta frequenza e alta velocità

La tecnologia della comunicazione elettronica spazia dal cablato al wireless, dalla bassa frequenza e bassa velocità all’alta frequenza e alta velocità. Le prestazioni degli smartphone si sono evolute dal 4G al 5G, richiedendo velocità di trasmissione più elevate e volumi di trasmissione maggiori.

L’avvento dell’era del cloud computing globale ha portato a un aumento multiplo del traffico dati e c’è una chiara tendenza per le apparecchiature di comunicazione ad alta frequenza e ad alta velocità. Al fine di soddisfare i requisiti della trasmissione ad alta frequenza e ad alta velocità, oltre a ridurre l’interferenza e il consumo del segnale, l’integrità e la produzione del segnale sono compatibili con i requisiti di progettazione della progettazione PCB, i materiali ad alte prestazioni sono l’elemento più importante.

Il compito principale di un ingegnere è ridurre le proprietà della perdita del segnale elettrico per aumentare la velocità del PCB e risolvere i problemi di integrità del segnale. Sulla base degli oltre dieci anni di servizi di produzione di PCBCart, come fattore chiave che influenza la scelta del materiale del substrato, quando la costante dielettrica (Dk) è inferiore a 4 e la perdita dielettrica (Df) è inferiore a 0.010, è considerato un laminato intermedio Dk/Df Quando Dk è inferiore a 3.7 e Df è inferiore a 0.005, è considerato un laminato Dk/Df basso. Attualmente, sul mercato è disponibile una varietà di materiali di supporto.

Finora, ci sono principalmente tre tipi di materiali di substrato per circuiti stampati ad alta frequenza comunemente usati: resine a base di fluoro, resine PPO o PPE e resine epossidiche modificate. I substrati dielettrici della serie fluoro, come il PTFE, hanno le proprietà dielettriche più basse e vengono solitamente utilizzati per prodotti con una frequenza di 5 GHz o superiore. Il substrato in resina epossidica modificata FR-4 o PPO è adatto per prodotti con una gamma di frequenza da 1GHz a 10GHz.

Confrontando i tre materiali del substrato ad alta frequenza, la resina epossidica ha il prezzo più basso, sebbene la resina fluorurata abbia il prezzo più alto. In termini di costante dielettrica, perdita dielettrica, assorbimento d’acqua e caratteristiche di frequenza, le resine a base di fluoro si comportano meglio, mentre le resine epossidiche si comportano peggio. Quando la frequenza applicata dal prodotto è superiore a 10 GHz, funzionerà solo la resina a base di fluoro. Gli svantaggi del PTFE includono costi elevati, scarsa rigidità e alto coefficiente di espansione termica.

Per il PTFE, le sostanze inorganiche sfuse (come la silice) possono essere utilizzate come materiali di riempimento o tessuto di vetro per aumentare la rigidità del materiale del substrato e ridurre il coefficiente di espansione termica. Inoltre, a causa dell’inerzia delle molecole di PTFE, è difficile che le molecole di PTFE si leghino alla lamina di rame, quindi deve essere realizzato uno speciale trattamento superficiale compatibile con la lamina di rame. Il metodo di trattamento consiste nell’effettuare un attacco chimico sulla superficie del politetrafluoroetilene per aumentare la rugosità superficiale o nell’aggiungere una pellicola adesiva per aumentare la capacità di adesione. Con l’applicazione di questo metodo, le proprietà dielettriche possono essere influenzate e l’intero circuito ad alta frequenza a base di fluoro deve essere ulteriormente sviluppato.

Resina isolante unica composta da resina epossidica modificata o PPE e TMA, MDI e BMI, più tessuto di vetro. Simile a FR-4 CCL, ha anche un’eccellente resistenza al calore e proprietà dielettriche, resistenza meccanica e producibilità PCB, che lo rendono più popolare dei substrati a base di PTFE.

Oltre ai requisiti prestazionali dei materiali isolanti come le resine, anche la rugosità superficiale del rame come conduttore è un fattore importante che influenza la perdita di trasmissione del segnale, che è il risultato dell’effetto pelle. Fondamentalmente, l’effetto pelle è che l’induzione elettromagnetica generata sulla trasmissione del segnale ad alta frequenza e il cavo induttivo diventa così concentrato al centro dell’area della sezione trasversale del cavo e la corrente o il segnale di guida è focalizzato sul superficie del piombo. La rugosità superficiale del conduttore gioca un ruolo chiave nell’influenzare la perdita del segnale di trasmissione e una bassa rugosità porta a perdite molto piccole.

Alla stessa frequenza, l’elevata rugosità superficiale del rame causerà un’elevata perdita di segnale. Pertanto, la rugosità della superficie del rame deve essere controllata nella produzione effettiva e dovrebbe essere la più bassa possibile senza compromettere l’adesione. Grande attenzione deve essere prestata ai segnali nella gamma di frequenza di 10 GHz o superiore. La rugosità del foglio di rame deve essere inferiore a 1 μm ed è meglio utilizzare un foglio di rame ultra-superficiale con una rugosità di 0.04 μm. La rugosità superficiale della lamina di rame deve essere abbinata ad un idoneo trattamento di ossidazione e ad un sistema di resine leganti. Nel prossimo futuro, potrebbe esserci una lamina di rame senza resina rivestita di profilo, che ha una maggiore resistenza alla pelatura per evitare che venga influenzata la perdita dielettrica.

Richiede un’elevata resistenza termica e un’elevata dissipazione

Con la tendenza allo sviluppo della miniaturizzazione e dell’elevata funzionalità, le apparecchiature elettroniche tendono a generare più calore, quindi i requisiti di gestione termica delle apparecchiature elettroniche stanno diventando sempre più esigenti. Una delle soluzioni a questo problema risiede nella ricerca e nello sviluppo di PCB termicamente conduttivi. La condizione di base affinché il PCB funzioni bene in termini di resistenza al calore e dissipazione è la resistenza al calore e la capacità di dissipazione del substrato. L’attuale miglioramento della conduttività termica del PCB risiede nel miglioramento della resina e dell’aggiunta di riempimento, ma funziona solo in una categoria limitata. Il metodo tipico consiste nell’utilizzare IMS o PCB con nucleo metallico, che fungono da elementi riscaldanti. Rispetto ai tradizionali radiatori e ventilatori, questo metodo presenta i vantaggi di piccole dimensioni e basso costo.

L’alluminio è un materiale molto attraente con i vantaggi di risorse abbondanti, basso costo e buona conduttività termica. E intensità. Inoltre, è così ecologico che viene utilizzato dalla maggior parte dei substrati metallici o delle anime metalliche. Grazie ai vantaggi di economia, connessione elettrica affidabile, conduttività termica e circuiti stampati a base di alluminio ad alta resistenza, senza saldatura e senza piombo, sono stati utilizzati in prodotti di consumo, automobili, forniture militari e prodotti aerospaziali. Non c’è dubbio che la chiave per la resistenza al calore e le prestazioni di dissipazione del substrato metallico risiede nell’adesione tra la piastra metallica e il piano del circuito.

Come determinare il materiale del substrato del tuo PCB?

Nell’era elettronica moderna, la miniaturizzazione e la sottigliezza dei dispositivi elettronici ha portato all’emergere di PCB rigidi e PCB flessibili/rigidi. Quindi quale tipo di materiale di supporto è adatto a loro?

Le maggiori aree di applicazione di PCB rigidi e PCB flessibili/rigidi hanno portato nuovi requisiti in termini di quantità e prestazioni. Ad esempio, i film di poliimmide possono essere classificati in varie categorie, tra cui trasparente, bianco, nero e giallo, con elevata resistenza al calore e basso coefficiente di dilatazione termica per l’applicazione in diverse situazioni. Allo stesso modo, il substrato in film di poliestere economico sarà accettato dal mercato grazie alla sua elevata elasticità, stabilità dimensionale, qualità della superficie del film, accoppiamento fotoelettrico e resistenza ambientale, per soddisfare le mutevoli esigenze degli utenti.

Simile al PCB HDI rigido, il PCB flessibile deve soddisfare i requisiti della trasmissione del segnale ad alta velocità e ad alta frequenza e occorre prestare attenzione alla costante dielettrica e alla perdita dielettrica del materiale del substrato flessibile. Il circuito flessibile può essere composto da politetrafluoroetilene e substrato di poliimmide avanzato. La polvere inorganica e la fibra di carbonio possono essere aggiunte alla resina poliimmidica per ottenere un substrato termoconduttivo flessibile a tre strati. Il materiale di riempimento inorganico può essere nitruro di alluminio, ossido di alluminio o nitruro di boro esagonale. Questo tipo di materiale del substrato ha una conduttività termica di 1.51 W/mK, può resistere a una tensione di 2.5 kV e una curvatura di 180 gradi.