Kā mēs visi zinām, galvenās īpašības PCB (iespiedshēmas plate) ir atkarīgas no tā substrāta materiāla veiktspējas. Tāpēc, lai uzlabotu shēmas plates veiktspēju, vispirms ir jāoptimizē pamatnes materiāla veiktspēja. Līdz šim tiek izstrādāti un pielietoti dažādi jauni materiāli, kas atbilst jauno tehnoloģiju prasībām un tirgus tendencēm.

Pēdējos gados iespiedshēmu plates ir piedzīvojušas transformāciju. Tirgus galvenokārt ir mainījies no tradicionālajiem aparatūras produktiem, piemēram, galddatoriem, uz bezvadu sakariem, piemēram, serveriem un mobilajiem termināļiem. Mobilo sakaru ierīces, ko pārstāv viedtālruņi, ir veicinājušas augsta blīvuma, vieglo un daudzfunkcionālo PCB attīstību. Ja nav substrāta materiāla un tā procesa prasības ir cieši saistītas ar PCB veiktspēju, iespiedshēmas tehnoloģija nekad netiks realizēta. Tāpēc substrāta materiāla izvēlei ir būtiska nozīme PCB un gala produkta kvalitātes un uzticamības nodrošināšanā.

Atbilst augsta blīvuma un smalku līniju vajadzībām

•Prasības vara folijai

Visas PCB plates virzās uz lielāku blīvumu un smalkākām shēmām, īpaši HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Pirms desmit gadiem HDI PCB tika definēts kā PCB, un tā līniju platums (L) un attālums starp rindām (S) bija 0.1 mm vai mazāks. Tomēr pašreizējās L un S standarta vērtības elektronikas nozarē var būt pat 60 μm, un progresīvos gadījumos to vērtības var būt pat 40 μm.

Kā noteikt PCB substrāta materiālu

Tradicionālā shēma shēmas veidošanas metode ir attēlveidošanas un kodināšanas procesā. Uzklājot plānas vara folijas pamatnes (ar biezumu diapazonā no 9μm līdz 12μm), L un S zemākā vērtība sasniedz 30μm.

Tā kā plānas vara folijas CCL (Copper Clad Laminate) ir augstas izmaksas un daudzi skursteņa defekti, daudzi PCB ražotāji mēdz izmantot kodināšanas vara folijas metodi, un vara folijas biezums ir iestatīts uz 18 μm. Patiesībā šī metode nav ieteicama, jo tajā ir pārāk daudz procedūru, biezumu ir grūti kontrolēt un tas rada lielākas izmaksas. Rezultātā plānā vara folija ir labāka. Turklāt, ja plāksnes L un S vērtības ir mazākas par 20 μm, standarta vara folija nedarbojas. Visbeidzot, ieteicams izmantot īpaši plānu vara foliju, jo tās vara biezumu var regulēt diapazonā no 3μm līdz 5μm.

Papildus vara folijas biezumam strāvas precizitātes shēmām ir nepieciešama arī vara folijas virsma ar zemu raupjumu. Lai uzlabotu saķeres spēju starp vara foliju un substrāta materiālu un nodrošinātu vadītāja nolobīšanās izturību, vara folijas plaknē tiek veikta rupja apstrāde, un vara folijas kopējais raupjums ir lielāks par 5 μm.

Kā pamatmateriālu iestrādājot kuplas vara foliju, tiek uzlabota tās lobīšanās izturība. Tomēr, lai kontrolētu svina precizitāti no pārmērīgas kodināšanas ķēdes kodināšanas laikā, tas mēdz izraisīt piesārņotājus, kas var izraisīt īssavienojumu starp līnijām vai izolācijas jaudas samazināšanos, kas īpaši ietekmē smalkās ķēdes. Tāpēc ir nepieciešama vara folija ar zemu raupjumu (mazāk par 3 μm vai pat 1.5 μm).

Lai gan vara folijas raupjums ir samazināts, joprojām ir jāsaglabā vadītāja nolobīšanās izturība, kas rada īpašu virsmas apstrādi vara folijas virsmai un pamatnes materiālam, kas palīdz nodrošināt nolobīšanās izturību. diriģents.

• Prasības dielektrisko laminātu izolācijai

Viens no galvenajiem HDI PCB tehniskajiem parametriem ir būvniecības procesā. Parasti izmantotais RCC (ar sveķiem pārklāts varš) vai prepreg epoksīda stikla audums un vara folijas laminēšana reti rada smalkas ķēdes. Tagad ir tendence izmantot SAP un MSPA, kas nozīmē izolējošas dielektriskās plēves laminētas bezelektroniskā vara pārklājuma pielietošanu, lai ražotu vara vadošās plaknes. Tā kā vara plakne ir plāna, var izveidot smalkas shēmas.

Viens no galvenajiem SAP punktiem ir dielektrisko materiālu laminēšana. Lai izpildītu augsta blīvuma precizitātes ķēžu prasības, lamināta materiāliem ir jāizvirza dažas prasības, tostarp dielektriskās īpašības, izolācija, karstumizturība un savienošana, kā arī tehniskā pielāgošanās spēja, kas ir saderīga ar HDI PCB.

Globālajā pusvadītāju iepakojumā IC iepakojuma substrāti tiek pārveidoti no keramikas substrātiem uz organiskiem substrātiem. FC iepakojuma substrātu solis kļūst arvien mazāks, tāpēc pašreizējā L un S tipiskā vērtība ir 15 μm, un tā būs mazāka.

Daudzslāņu substrātu veiktspējai jāuzsver zemas dielektriskās īpašības, zems termiskās izplešanās koeficients (CTE) un augsta karstumizturība, kas attiecas uz zemu izmaksu substrātiem, kas atbilst veiktspējas mērķiem. Mūsdienās MSPA izolācijas dielektriskās kraušanas tehnoloģija tiek apvienota ar plānu vara foliju, ko izmanto precīzijas ķēžu masveida ražošanā. SAP izmanto, lai ražotu ķēdes modeļus gan ar L, gan S vērtībām, kas mazākas par 10 μm.

PCB augstais blīvums un plāns ir izraisījis HDI PCB pāreju no laminēšanas ar serdeņiem uz jebkura slāņa serdeņiem. HDI PCB ar tādu pašu funkciju jebkura slāņa savstarpēji savienoto PCB laukums un biezums ir samazināts par 25%, salīdzinot ar tiem, kuriem ir serdes lamināti. Šajās divās HDI PCB ir nepieciešams uzklāt plānāku dielektrisko slāni ar labākām elektriskām īpašībām.

Nepieciešams eksports no augstas frekvences un liela ātruma

Elektronisko sakaru tehnoloģiju diapazons ir no vadu līdz bezvadu, no zemas frekvences un zema ātruma līdz augstas frekvences un liela ātruma. Viedtālruņu veiktspēja ir attīstījusies no 4G uz 5G, kas prasa lielāku pārraides ātrumu un lielāku pārraides apjomu.

Globālās mākoņdatošanas laikmeta parādīšanās ir izraisījusi daudzkārtēju datu trafika pieaugumu, un ir skaidra tendence izmantot augstas frekvences un ātrdarbīgas sakaru iekārtas. Lai izpildītu augstfrekvences un ātrgaitas pārraides prasības, papildus signāla traucējumu un patēriņa samazināšanai signāla integritāte un izgatavošana ir saderīga ar PCB dizaina prasībām, augstas veiktspējas materiāli ir vissvarīgākais elements.

Inženiera galvenais darbs ir samazināt elektriskā signāla zuduma īpašības, lai palielinātu PCB ātrumu un atrisinātu signāla integritātes problēmas. Pamatojoties uz PCBCart vairāk nekā desmit gadu ražošanas pakalpojumiem, kā galveno faktoru, kas ietekmē substrāta materiāla izvēli, ja dielektriskā konstante (Dk) ir mazāka par 4 un dielektriskie zudumi (Df) ir mazāki par 0.010, tas tiek uzskatīts par starpprodukts Dk/Df lamināts Ja Dk ir mazāks par 3.7 un Df ir mazāks par 0.005, tas tiek uzskatīts par zemu Dk/Df laminātu. Pašlaik tirgū ir pieejami dažādi substrātu materiāli.

Līdz šim galvenokārt ir trīs veidu parasti izmantotie augstfrekvences shēmas plates substrātu materiāli: sveķi uz fluora bāzes, PPO vai PPE sveķi un modificētie epoksīdsveķi. Fluora sērijas dielektriskajiem substrātiem, piemēram, PTFE, ir viszemākās dielektriskās īpašības, un tos parasti izmanto izstrādājumiem ar frekvenci 5 GHz vai augstāku. Modificētais epoksīdsveķu FR-4 vai PPO substrāts ir piemērots izstrādājumiem ar frekvenču diapazonu no 1 GHz līdz 10 GHz.

Salīdzinot trīs augstfrekvences substrātu materiālus, epoksīda sveķiem ir viszemākā cena, lai gan fluora sveķiem ir visaugstākā cena. Dielektriskās konstantes, dielektrisko zudumu, ūdens absorbcijas un frekvences raksturlielumu ziņā vislabākie ir fluoru saturoši sveķi, savukārt epoksīdsveķi sliktāki. Ja izstrādājuma pielietotā frekvence ir augstāka par 10 GHz, darbosies tikai sveķi uz fluora bāzes. PTFE trūkumi ir augstās izmaksas, slikta stingrība un augsts termiskās izplešanās koeficients.

PTFE lielapjoma neorganiskās vielas (piemēram, silīcija dioksīds) var izmantot kā pildvielas vai stikla audumu, lai uzlabotu pamatnes materiāla stingrību un samazinātu termiskās izplešanās koeficientu. Turklāt PTFE molekulu inerces dēļ PTFE molekulām ir grūti savienoties ar vara foliju, tāpēc ir jārealizē īpaša virsmas apstrāde, kas ir saderīga ar vara foliju. Apstrādes metode ir politetrafluoretilēna virsmas ķīmiskā kodināšana, lai palielinātu virsmas raupjumu, vai līmplēves pievienošana, lai palielinātu adhēzijas spēju. Izmantojot šo metodi, var tikt ietekmētas dielektriskās īpašības, un visa fluora bāzes augstfrekvences ķēde ir jāturpina attīstīt.

Unikāli izolācijas sveķi, kas sastāv no modificētiem epoksīda sveķiem vai IAL un TMA, MDI un ĶMI, kā arī stikla auduma. Līdzīgi kā FR-4 CCL, tam ir arī lieliskas karstumizturības un dielektriskās īpašības, mehāniskā izturība un PCB izgatavojamība, kas padara to populārāku nekā substrāti uz PTFE bāzes.

Papildus izolācijas materiālu, piemēram, sveķu, veiktspējas prasībām vara kā vadītāja virsmas raupjums ir arī svarīgs faktors, kas ietekmē signāla pārraides zudumus, kas ir ādas efekta rezultāts. Būtībā ādas efekts ir tāds, ka elektromagnētiskā indukcija, kas rodas augstfrekvences signāla pārraidē un induktīvā vadā, tiek koncentrēta vadu šķērsgriezuma laukuma centrā, un virzošā strāva vai signāls tiek fokusēts uz svina virsma. Vadītāja virsmas raupjumam ir galvenā loma pārraides signāla zuduma ietekmēšanā, un zems raupjums rada ļoti mazus zudumus.

Tajā pašā frekvencē vara lielais virsmas raupjums izraisīs lielu signāla zudumu. Tāpēc faktiskajā ražošanā ir jākontrolē virsmas vara raupjums, un tam jābūt pēc iespējas zemākam, neietekmējot adhēziju. Liela uzmanība jāpievērš signāliem frekvenču diapazonā 10 GHz vai augstāk. Vara folijas raupjumam ir jābūt mazākam par 1 μm, un vislabāk ir izmantot ultravirsmas vara foliju, kuras raupjums ir 0.04 μm. Vara folijas virsmas raupjums jāapvieno ar piemērotu oksidācijas apstrādi un savienojošo sveķu sistēmu. Tuvākajā nākotnē var būt vara folija bez profila pārklājuma sveķiem, kam ir lielāka lobīšanās izturība, lai novērstu dielektrisko zudumu ietekmi.

Nepieciešama augsta termiskā pretestība un augsta izkliede

Līdz ar miniaturizācijas un augstas funkcionalitātes attīstības tendenci elektroniskajām iekārtām ir tendence radīt vairāk siltuma, tāpēc elektronisko iekārtu siltuma pārvaldības prasības kļūst arvien augstākas. Viens no šīs problēmas risinājumiem ir siltumvadošu PCB izpētē un attīstībā. Pamatnosacījums, lai PCB darbotos labi siltuma pretestības un izkliedes ziņā, ir pamatnes siltuma pretestība un izkliedes spēja. Pašreizējais PCB siltumvadītspējas uzlabojums ir saistīts ar sveķu un pildījuma pievienošanas uzlabošanu, taču tas darbojas tikai ierobežotā kategorijā. Tipiskā metode ir izmantot IMS vai metāla serdes PCB, kas darbojas kā sildelementi. Salīdzinot ar tradicionālajiem radiatoriem un ventilatoriem, šai metodei ir maza izmēra un zemu izmaksu priekšrocības.

Alumīnijs ir ļoti pievilcīgs materiāls ar bagātīgu resursu, zemu izmaksu un labas siltumvadītspējas priekšrocībām. Un intensitāte. Turklāt tas ir tik videi draudzīgs, ka to izmanto lielākā daļa metāla pamatņu vai metāla serdeņu. Pateicoties ekonomiskuma, uzticama elektriskā savienojuma, siltumvadītspējas un augstas stiprības priekšrocībām, alumīnija shēmas plates bez lodēšanas un bezsvina ir izmantotas patēriņa precēs, automašīnās, militārajos apgādos un kosmosa izstrādājumos. Nav šaubu, ka metāla pamatnes siltuma pretestības un izkliedes veiktspējas atslēga slēpjas saķerē starp metāla plāksni un ķēdes plakni.

Kā noteikt PCB substrāta materiālu?

Mūsdienu elektroniskajā laikmetā elektronisko ierīču miniaturizācija un plāns ir izraisījis stingru PCB un elastīgu/stingru PCB rašanos. Tātad, kāda veida substrāta materiāls viņiem ir piemērots?

Palielinātās cieto PCB un elastīgo/stingro PCB pielietojuma jomas ir radījušas jaunas prasības daudzuma un veiktspējas ziņā. Piemēram, poliimīda plēves var klasificēt dažādās kategorijās, tostarp caurspīdīgās, baltās, melnās un dzeltenās, ar augstu karstumizturību un zemu termiskās izplešanās koeficientu izmantošanai dažādās situācijās. Līdzīgi, rentabls poliestera plēves substrāts tiks pieņemts tirgū, ņemot vērā tā augsto elastību, izmēru stabilitāti, plēves virsmas kvalitāti, fotoelektrisko savienojumu un vides izturību, lai apmierinātu lietotāju mainīgās vajadzības.

Līdzīgi kā cietā HDI PCB, elastīgajām PCB ir jāatbilst ātrgaitas un augstfrekvences signālu pārraides prasībām, un uzmanība jāpievērš elastīgā substrāta materiāla dielektriskajai konstantei un dielektriskajiem zudumiem. Elastīgo ķēdi var veidot no politetrafluoretilēna un uzlabota poliimīda substrāta. Poliimīda sveķiem var pievienot neorganiskus putekļus un oglekļa šķiedru, lai iegūtu trīs slāņu elastīgu siltumvadošu substrātu. Neorganiskais pildviela var būt alumīnija nitrīds, alumīnija oksīds vai sešstūrains bora nitrīds. Šāda veida substrāta materiāla siltumvadītspēja ir 1.51 W/mK, tas var izturēt 2.5 kV spriegumu un 180 grādu izliekumu.