PCB基板材料を決定する方法は？

ご存知のように、 PCB （プリント回路基板）は、その基板材料の性能に依存します。したがって、回路基板の性能を向上させるためには、まず基板材料の性能を最適化する必要があります。これまで、さまざまな新素材が開発され、新しい技術の要件と市場動向を満たすために適用されています。

近年、プリント基板は変貌を遂げています。市場は主に、デスクトップコンピュータなどの従来のハードウェア製品から、サーバーやモバイル端末などのワイヤレス通信にシフトしています。スマートフォンに代表される移動体通信機器は、高密度、軽量、多機能のPCBの開発を推進してきました。基板材料がなく、そのプロセス要件がPCBの性能と密接に関連している場合、プリント回路技術は実現されません。したがって、基板材料の選択は、PCBと最終製品の品質と信頼性を提供する上で重要な役割を果たします。

高密度で細い線のニーズに対応

•銅箔の要件

すべてのPCBボード、特にHDI PCB（高密度相互接続PCB）は、より高密度でより微細な回路に向かっています。 0.1年前、HDI PCBはPCBと定義され、その線幅（L）と線間隔（S）は60mm以下でした。ただし、エレクトロニクス業界におけるLとSの現在の標準値は、40μmまで低くなる可能性があり、高度なケースでは、それらの値はXNUMXμmまで低くなる可能性があります。

PCB基板材料を決定する方法

回路図形成の従来の方法は、イメージングおよびエッチングプロセスです。薄い銅箔基板（9μmから12μmの範囲の厚さ）を適用すると、LとSの最小値は30μmに達します。

薄い銅箔CCL（銅張積層板）のコストが高く、スタックに多くの欠陥があるため、多くのPCBメーカーはエッチング銅箔法を使用する傾向があり、銅箔の厚さは18μmに設定されています。実際、この方法は手順が多すぎ、厚さの制御が難しく、コストが高くなるため、お勧めできません。結果として、薄い銅箔が優れています。さらに、ボードのL値とS値が20μm未満の場合、標準の銅箔は機能しません。最後に、銅の厚さは3μmから5μmの範囲で調整できるため、極薄の銅箔の使用をお勧めします。

現在の精密回路では、銅箔の厚さに加えて、粗さの少ない銅箔の表面も必要です。銅箔と基板材料の接合性を向上させ、導体の剥離強度を確保するために、銅箔面に粗加工を施し、銅箔の一般的な粗さを5μm以上にしています。

ハンプ銅箔を母材として埋め込み、剥離強度の向上を目指しています。ただし、回路エッチング中のオーバーエッチングからリード精度を制御するために、こぶ汚染物質が発生する傾向があり、ライン間の短絡や絶縁容量の低下を引き起こし、特に微細回路に影響を与える可能性があります。したがって、粗さが小さい（3μm未満または1.5μm）銅箔が必要です。

銅箔の粗さは減少しますが、導体の剥離強度を維持する必要があります。これにより、銅箔と基板材料の表面に特別な表面処理が施され、銅箔の剥離強度が確保されます。導体。

•誘電体ラミネートを絶縁するための要件

HDI PCBの主な技術的特徴のXNUMXつは、構築プロセスにあります。一般的に使用されるRCC（樹脂コーティングされた銅）またはプリプレグエポキシガラスクロスと銅箔のラミネートは、微細な回路につながることはめったにありません。現在、SAPとMSPAを使用する傾向があります。これは、絶縁誘電体膜を積層した無電解銅メッキを適用して銅の導電面を作成することを意味します。銅面が薄いため、微細な回路を作ることができます。

SAPの重要なポイントのXNUMXつは、誘電体材料をラミネートすることです。高密度精密回路の要件を満たすために、誘電特性、絶縁、耐熱性、接合、およびHDI PCBと互換性のある技術的適応性など、ラミネート材料に関するいくつかの要件を提示する必要があります。

グローバル半導体パッケージングでは、ICパッケージング基板はセラミック基板から有機基板に変換されます。 FCパッケージ基板のピッチはどんどん小さくなっているので、現在のLとSの代表値は15μmで小さくなります。

多層基板の性能は、低誘電特性、低係数熱膨張（CTE）、および高耐熱性を強調する必要があります。これは、性能目標を満たす低コストの基板を指します。現在、MSPA絶縁誘電体スタッキング技術は、精密回路の大量生産に使用される薄い銅箔と組み合わされています。 SAPは、L値とS値の両方が10μm未満の回路パターンを製造するために使用されます。

PCBの高密度と薄さにより、HDIPCBはコアとのラミネーションから任意の層のコアに移行しました。同じ機能を備えたHDIPCBの場合、任意の層で相互接続されたPCBの面積と厚さは、コアラミネートを備えたものと比較して25％削減されます。これらXNUMXつのHDIPCBには、より優れた電気的特性を備えたより薄い誘電体層を適用する必要があります。

高周波および高速からのエクスポートが必要

電子通信技術は、有線から無線、低周波と低速から高周波と高速まで多岐にわたります。スマートフォンのパフォーマンスは4Gから5Gに進化し、より速い伝送速度とより大きな伝送量が必要になりました。

世界的なクラウドコンピューティング時代の到来により、データトラフィックは複数回増加し、高周波および高速通信機器の傾向は明らかです。高周波および高速伝送の要件を満たすために、信号の干渉と消費を減らすことに加えて、信号の完全性と製造はPCB設計の設計要件と互換性があり、高性能材料が最も重要な要素です。

エンジニアの主な仕事は、電気信号損失の特性を減らしてPCB速度を上げ、シグナルインテグリティの問題を解決することです。 PCBCartの4年以上の製造サービスに基づいて、基板材料の選択に影響を与える重要な要因として、誘電定数（Dk）が0.010未満で、誘電損失（Df）が3.7未満の場合、それは中間Dk / DfラミネートDkが0.005未満で、DfがXNUMX未満の場合、低Dk / Dfラミネートと見なされます。現在、さまざまな基板材料が市場に出回っています。

これまでのところ、一般的に使用されている高周波回路基板の基板材料には、主にフッ素系樹脂、PPOまたはPPE樹脂、変性エポキシ樹脂の5種類があります。 PTFEなどのフッ素系誘電体基板は誘電特性が最も低く、通常、周波数が4GHz以上の製品に使用されます。変性エポキシ樹脂FR-1またはPPO基板は、10GHz〜XNUMXGHzの周波数範囲の製品に適しています。

10つの高周波基板材料を比較すると、エポキシ樹脂が最低価格ですが、フッ素樹脂が最高価格です。誘電率、誘電損失、吸水率、および周波数特性の観点から、フッ素ベースの樹脂が最も優れた性能を発揮しますが、エポキシ樹脂はより劣ります。製品によって適用される周波数がXNUMXGHzより高い場合、フッ素ベースの樹脂のみが機能します。 PTFEの欠点には、コストが高い、剛性が低い、熱膨張係数が高いなどがあります。

PTFEの場合、バルク無機物質（シリカなど）をフィラー材料またはガラスクロスとして使用して、基板材料の剛性を高め、熱膨張係数を下げることができます。また、PTFE分子は不活性であるため、PTFE分子が銅箔と結合しにくいため、銅箔と互換性のある特殊な表面処理を実現する必要があります。処理方法は、ポリテトラフルオロエチレンの表面に化学エッチングを施して表面粗さを大きくするか、接着フィルムを追加して接着力を高めることです。この方法を適用すると、誘電特性に影響を与える可能性があり、フッ素ベースの高周波回路全体をさらに開発する必要があります。

変性エポキシ樹脂またはPPEとTMA、MDIとBMI、およびガラスクロスで構成される独自の絶縁樹脂。 FR-4 CCLと同様に、優れた耐熱性と誘電特性、機械的強度、PCB製造性も備えているため、PTFEベースの基板よりも人気があります。

樹脂などの絶縁材料の性能要件に加えて、導体としての銅の表面粗さも、表皮効果の結果である信号伝送損失に影響を与える重要な要因です。基本的に、表皮効果は、高周波信号伝送で生成された電磁誘導と誘導性リードがリードの断面積の中心に非常に集中し、駆動電流または信号がに集中することですリードの表面。導体の表面粗さは、伝送信号の損失に影響を与える重要な役割を果たし、粗さが小さいと損失は非常に小さくなります。

同じ周波数で、銅の高い表面粗さは高い信号損失を引き起こします。したがって、実際の製造では表面銅の粗さを制御する必要があり、密着性に影響を与えずにできるだけ粗くする必要があります。 10GHz以上の周波数範囲の信号には細心の注意を払う必要があります。銅箔の粗さは1μm未満である必要があり、0.04μmの粗さの超表面銅箔を使用するのが最適です。銅箔の表面粗さは、適切な酸化処理および接着樹脂システムと組み合わせる必要があります。近い将来、誘電損失の影響を防ぐために剥離強度が高い、プロファイルコーティングされた樹脂を含まない銅箔が登場する可能性があります。

高い熱抵抗と高い散逸が必要

小型化と高機能化の進展に伴い、電子機器は発熱量が増加する傾向にあり、電子機器の熱管理要件はますます厳しくなっています。この問題の解決策のXNUMXつは、熱伝導性PCBの研究開発にあります。 PCBが耐熱性と散逸の観点からうまく機能するための基本的な条件は、基板の耐熱性と散逸能力です。 PCBの熱伝導率の現在の改善は、樹脂と充填剤の添加の改善にありますが、それは限られたカテゴリーでしか機能しません。典型的な方法は、発熱体として機能するIMSまたはメタルコアPCBを使用することです。従来のラジエーターやファンと比較して、この方法には小型で低コストという利点があります。

アルミニウムは非常に魅力的な材料であり、豊富な資源、低コスト、優れた熱伝導率という利点があります。そして強度。さらに、環境にやさしいため、ほとんどの金属基板または金属コアで使用されています。経済性、信頼性の高い電気接続、熱伝導率、高強度の利点により、はんだや鉛を含まないアルミニウムベースの回路基板は、消費者製品、自動車、軍事用品、航空宇宙製品に使用されてきました。金属基板の耐熱性と散逸性能の鍵は、金属板と回路面の密着性にあることは間違いありません。

PCBの基板材料を決定する方法は？

現代の電子時代では、電子デバイスの小型化と薄さにより、リジッドPCBとフレキシブル/リジッドPCBが登場しました。では、どのタイプの基板材料がそれらに適しているのでしょうか？

リジッドPCBおよびフレキシブル/リジッドPCBの適用分野の拡大により、量と性能の面で新しい要件がもたらされました。たとえば、ポリイミドフィルムは、透明、白、黒、黄色などのさまざまなカテゴリに分類でき、さまざまな状況で使用できるように、耐熱性が高く、熱膨張係数が低くなっています。同様に、費用効果の高いポリエステルフィルム基板は、その高い弾性、寸法安定性、フィルム表面品質、光電結合、および耐環境性により市場に受け入れられ、ユーザーの変化するニーズに対応します。

リジッドHDIPCBと同様に、フレキシブルPCBは高速および高周波信号伝送の要件を満たす必要があり、フレキシブル基板材料の誘電率と誘電損失に注意を払う必要があります。フレキシブル回路は、ポリテトラフルオロエチレンと高度なポリイミド基板で構成できます。無機ダストと炭素繊維をポリイミド樹脂に添加して、1.51層の柔軟な熱伝導性基板を得ることができます。無機充填材料は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、または六方晶窒化ホウ素であり得る。このタイプの基板材料は、2.5W / mKの熱伝導率を持ち、180kVの電圧とXNUMX度の曲率に耐えることができます。