Seperti yang kita sedia maklum, sifat asas bagi BPA (papan litar bercetak) bergantung pada prestasi bahan substratnya. Oleh itu, untuk meningkatkan prestasi papan litar, prestasi bahan substrat mesti dioptimumkan terlebih dahulu. Setakat ini, pelbagai bahan baharu sedang dibangunkan dan digunakan untuk memenuhi keperluan teknologi baharu dan trend pasaran.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, papan litar bercetak telah mengalami perubahan. Pasaran telah beralih terutamanya daripada produk perkakasan tradisional seperti komputer meja kepada komunikasi tanpa wayar seperti pelayan dan terminal mudah alih. Peranti komunikasi mudah alih yang diwakili oleh telefon pintar telah menggalakkan pembangunan PCB berketumpatan tinggi, ringan dan pelbagai fungsi. Sekiranya tiada bahan substrat, dan keperluan prosesnya berkait rapat dengan prestasi PCB, teknologi litar bercetak tidak akan dapat direalisasikan. Oleh itu, pilihan bahan substrat memainkan peranan penting dalam menyediakan kualiti dan kebolehpercayaan PCB dan produk akhir.

Memenuhi keperluan ketumpatan tinggi dan garis halus

•Keperluan untuk kerajang kuprum

Semua papan PCB sedang bergerak ke arah litar ketumpatan yang lebih tinggi dan lebih halus, terutamanya PCB HDI (PCB Saling Ketumpatan Tinggi). Sepuluh tahun yang lalu, HDI PCB ditakrifkan sebagai PCB, dan lebar talian (L) dan jarak talian (S) adalah 0.1mm atau kurang. Walau bagaimanapun, nilai standard semasa L dan S dalam industri elektronik boleh sekecil 60 μm, dan dalam kes lanjut, nilainya boleh serendah 40 μm.

Bagaimana untuk menentukan bahan substrat PCB anda

Kaedah tradisional pembentukan gambar rajah litar adalah dalam proses pengimejan dan etsa. Dengan penggunaan substrat foil tembaga nipis (dengan ketebalan dalam julat 9μm hingga 12μm), nilai terendah L dan S mencapai 30μm.

Disebabkan oleh kos tinggi kerajang tembaga nipis CCL (Copper Clad Laminate) dan banyak kecacatan pada timbunan, banyak pengeluar PCB cenderung menggunakan kaedah kerajang tembaga etsa, dan ketebalan foil tembaga ditetapkan kepada 18μm. Malah, kaedah ini tidak digalakkan kerana ia mengandungi terlalu banyak prosedur, ketebalannya sukar dikawal dan membawa kepada kos yang lebih tinggi. Akibatnya, kerajang tembaga nipis adalah lebih baik. Di samping itu, apabila nilai L dan S papan kurang daripada 20μm, kerajang tembaga standard tidak berfungsi. Akhir sekali, disyorkan untuk menggunakan kerajang kuprum ultra-nipis, kerana ketebalan kuprumnya boleh dilaraskan dalam julat 3μm hingga 5μm.

Sebagai tambahan kepada ketebalan kerajang kuprum, litar ketepatan semasa juga memerlukan permukaan kerajang kuprum dengan kekasaran yang rendah. Untuk meningkatkan keupayaan ikatan antara kerajang tembaga dan bahan substrat dan memastikan kekuatan kulit konduktor, pemprosesan kasar dilakukan pada satah kerajang tembaga, dan kekasaran umum kerajang tembaga adalah lebih besar daripada 5μm.

Menanam kerajang tembaga bonggol sebagai bahan asas bertujuan untuk meningkatkan kekuatan kulitnya. Walau bagaimanapun, untuk mengawal ketepatan plumbum daripada goresan berlebihan semasa goresan litar, ia cenderung menyebabkan bahan pencemar bonggol, yang boleh menyebabkan litar pintas antara talian atau pengurangan kapasiti penebat, yang terutamanya menjejaskan litar halus. Oleh itu, kerajang tembaga dengan kekasaran rendah (kurang daripada 3 μm atau 1.5 μm) diperlukan.

Walaupun kekasaran kerajang tembaga dikurangkan, ia masih perlu untuk mengekalkan kekuatan kulit konduktor, yang menyebabkan rawatan permukaan khas pada permukaan kerajang tembaga dan bahan substrat, yang membantu memastikan kekuatan kulit konduktor.

• Keperluan untuk penebat lamina dielektrik

Salah satu ciri teknikal utama HDI PCB terletak pada proses pembinaan. RCC (tembaga bersalut resin) yang biasa digunakan atau kain kaca epoksi prepreg dan laminasi kerajang tembaga jarang membawa kepada litar halus. Ia kini cenderung untuk menggunakan SAP dan MSPA, yang bermaksud aplikasi penebat filem dielektrik berlamina penyaduran tembaga tanpa elektro untuk menghasilkan satah konduktif kuprum. Oleh kerana satah kuprum adalah nipis, litar halus boleh dihasilkan.

Salah satu perkara utama SAP ialah melaminakan bahan dielektrik. Untuk memenuhi keperluan litar ketepatan berketumpatan tinggi, beberapa keperluan mesti dikemukakan untuk bahan lamina, termasuk sifat dielektrik, penebat, rintangan haba dan ikatan, serta kebolehsuaian teknikal yang serasi dengan HDI PCB.

Dalam pembungkusan semikonduktor global, substrat pembungkusan IC ditukar daripada substrat seramik kepada substrat organik. Padang substrat pakej FC menjadi lebih kecil dan lebih kecil, jadi nilai biasa semasa L dan S ialah 15 μm, dan ia akan menjadi lebih kecil.

Prestasi substrat berbilang lapisan harus menekankan sifat dielektrik yang rendah, pengembangan terma pekali rendah (CTE) dan rintangan haba yang tinggi, yang merujuk kepada substrat kos rendah yang memenuhi sasaran prestasi. Kini, teknologi tindanan dielektrik penebat MSPA digabungkan dengan kerajang tembaga nipis untuk digunakan dalam pengeluaran besar-besaran litar ketepatan. SAP digunakan untuk menghasilkan corak litar dengan nilai L dan S kurang daripada 10 μm.

Ketumpatan tinggi dan kenipisan PCB telah menyebabkan PCB HDI beralih daripada laminasi dengan teras kepada teras mana-mana lapisan. Untuk PCB HDI dengan fungsi yang sama, luas dan ketebalan PCB yang saling bersambung pada mana-mana lapisan dikurangkan sebanyak 25% berbanding dengan lamina teras. Ia perlu menggunakan lapisan dielektrik yang lebih nipis dengan sifat elektrik yang lebih baik dalam kedua-dua PCB HDI ini.

Memerlukan eksport dari frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi

Teknologi komunikasi elektronik terdiri daripada berwayar kepada wayarles, daripada frekuensi rendah dan kelajuan rendah kepada frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi. Prestasi telefon pintar telah berkembang daripada 4G kepada 5G, memerlukan kelajuan penghantaran yang lebih pantas dan volum penghantaran yang lebih besar.

Kemunculan era pengkomputeran awan global telah membawa kepada peningkatan berganda dalam trafik data, dan terdapat trend yang jelas untuk peralatan komunikasi frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi. Untuk memenuhi keperluan penghantaran frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi, selain mengurangkan gangguan dan penggunaan isyarat, integriti isyarat dan pembuatan adalah serasi dengan keperluan reka bentuk reka bentuk PCB, bahan berprestasi tinggi adalah elemen yang paling penting.

Tugas utama seorang jurutera adalah untuk mengurangkan sifat kehilangan isyarat elektrik untuk meningkatkan kelajuan PCB dan menyelesaikan masalah integriti isyarat. Berdasarkan perkhidmatan pembuatan PCBCart selama lebih daripada sepuluh tahun, sebagai faktor utama yang mempengaruhi pemilihan bahan substrat, apabila pemalar dielektrik (Dk) lebih rendah daripada 4 dan kehilangan dielektrik (Df) lebih rendah daripada 0.010, ia dianggap sebagai lamina Dk/Df perantaraan Apabila Dk lebih rendah daripada 3.7 dan Df lebih rendah daripada 0.005, ia dianggap sebagai lamina Dk/Df rendah. Pada masa ini, pelbagai bahan substrat boleh didapati di pasaran.

Setakat ini, terdapat terutamanya tiga jenis bahan substrat papan litar frekuensi tinggi yang biasa digunakan: resin berasaskan fluorin, resin PPO atau PPE dan resin epoksi yang diubah suai. Substrat dielektrik siri fluorin, seperti PTFE, mempunyai sifat dielektrik yang paling rendah dan biasanya digunakan untuk produk dengan frekuensi 5 GHz atau lebih tinggi. Substrat resin epoksi FR-4 atau PPO yang diubah suai sesuai untuk produk dengan julat frekuensi 1GHz hingga 10GHz.

Membandingkan tiga bahan substrat frekuensi tinggi, resin epoksi mempunyai harga terendah, walaupun resin fluorin mempunyai harga tertinggi. Dari segi pemalar dielektrik, kehilangan dielektrik, penyerapan air, dan ciri frekuensi, resin berasaskan fluorin berprestasi terbaik, manakala resin epoksi berprestasi lebih teruk. Apabila frekuensi yang digunakan oleh produk lebih tinggi daripada 10GHz, hanya resin berasaskan fluorin akan berfungsi. Kelemahan PTFE termasuk kos yang tinggi, ketegaran yang lemah, dan pekali pengembangan haba yang tinggi.

Untuk PTFE, bahan bukan organik pukal (seperti silika) boleh digunakan sebagai bahan pengisi atau kain kaca untuk meningkatkan ketegaran bahan substrat dan mengurangkan pekali pengembangan haba. Di samping itu, disebabkan oleh lengai molekul PTFE, sukar bagi molekul PTFE untuk terikat dengan kerajang tembaga, jadi rawatan permukaan khas yang serasi dengan kerajang tembaga mesti direalisasikan. Kaedah rawatan adalah dengan melakukan etsa kimia pada permukaan polytetrafluoroethylene untuk meningkatkan kekasaran permukaan atau menambah filem pelekat untuk meningkatkan keupayaan lekatan. Dengan penggunaan kaedah ini, sifat dielektrik mungkin terjejas, dan keseluruhan litar frekuensi tinggi berasaskan fluorin mesti dibangunkan lagi.

Resin penebat unik yang terdiri daripada resin epoksi yang diubah suai atau PPE dan TMA, MDI dan BMI, serta kain kaca. Sama seperti FR-4 CCL, ia juga mempunyai rintangan haba yang sangat baik dan sifat dielektrik, kekuatan mekanikal, dan kebolehkilangan PCB, yang semuanya menjadikannya lebih popular daripada substrat berasaskan PTFE.

Sebagai tambahan kepada keperluan prestasi bahan penebat seperti resin, kekasaran permukaan tembaga sebagai konduktor juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi kehilangan penghantaran isyarat, yang merupakan hasil daripada kesan kulit. Pada asasnya, kesan kulit ialah aruhan elektromagnet yang dihasilkan pada penghantaran isyarat frekuensi tinggi dan plumbum induktif menjadi begitu tertumpu di tengah-tengah kawasan keratan rentas plumbum, dan arus atau isyarat pemanduan tertumpu pada permukaan plumbum. Kekasaran permukaan konduktor memainkan peranan penting dalam mempengaruhi kehilangan isyarat penghantaran, dan kekasaran yang rendah membawa kepada kerugian yang sangat kecil.

Pada frekuensi yang sama, kekasaran permukaan tembaga yang tinggi akan menyebabkan kehilangan isyarat yang tinggi. Oleh itu, kekasaran permukaan tembaga mesti dikawal dalam pembuatan sebenar, dan ia harus serendah mungkin tanpa menjejaskan lekatan. Perhatian yang tinggi mesti diberikan kepada isyarat dalam julat frekuensi 10 GHz atau lebih tinggi. Kekasaran kerajang kuprum dikehendaki kurang daripada 1μm, dan yang terbaik adalah menggunakan kerajang kuprum ultra-permukaan dengan kekasaran 0.04μm. Kekasaran permukaan kerajang kuprum mesti digabungkan dengan rawatan pengoksidaan yang sesuai dan sistem resin ikatan. Dalam masa terdekat, mungkin terdapat kerajang tembaga tanpa resin bersalut profil, yang mempunyai kekuatan kulit yang lebih tinggi untuk mengelakkan kehilangan dielektrik daripada terjejas.

Memerlukan rintangan haba yang tinggi dan pelesapan yang tinggi

Dengan trend pembangunan pengecilan dan kefungsian tinggi, peralatan elektronik cenderung menjana lebih banyak haba, jadi keperluan pengurusan haba peralatan elektronik menjadi lebih dan lebih menuntut. Salah satu penyelesaian kepada masalah ini terletak pada penyelidikan dan pembangunan PCB konduktif terma. Syarat asas untuk PCB berfungsi dengan baik dari segi rintangan haba dan pelesapan ialah rintangan haba dan keupayaan pelesapan substrat. Peningkatan semasa dalam kekonduksian terma PCB terletak pada peningkatan resin dan penambahan pengisian, tetapi ia hanya berfungsi dalam kategori terhad. Kaedah biasa adalah menggunakan IMS atau PCB teras logam, yang bertindak sebagai elemen pemanasan. Berbanding dengan radiator dan kipas tradisional, kaedah ini mempunyai kelebihan saiz kecil dan kos rendah.

Aluminium adalah bahan yang sangat menarik dengan kelebihan sumber yang banyak, kos rendah dan kekonduksian terma yang baik. Dan keamatan. Di samping itu, ia sangat mesra alam sehingga ia digunakan oleh kebanyakan substrat logam atau teras logam. Disebabkan kelebihan ekonomi, sambungan elektrik yang boleh dipercayai, kekonduksian terma dan kekuatan tinggi, papan litar berasaskan aluminium tanpa pateri dan bebas plumbum telah digunakan dalam produk pengguna, kereta, bekalan tentera dan produk aeroangkasa. Tidak syak lagi bahawa kunci kepada rintangan haba dan prestasi pelesapan substrat logam terletak pada lekatan antara plat logam dan satah litar.

Bagaimana untuk menentukan bahan substrat PCB anda?

Dalam zaman elektronik moden, pengecilan dan penipisan peranti elektronik telah membawa kepada kemunculan PCB tegar dan PCB fleksibel/tegar. Jadi apakah jenis bahan substrat yang sesuai untuk mereka?

Peningkatan kawasan aplikasi PCB tegar dan PCB fleksibel/tegar telah membawa keperluan baharu dari segi kuantiti dan prestasi. Sebagai contoh, filem polimida boleh dikelaskan kepada pelbagai kategori, termasuk lutsinar, putih, hitam dan kuning, dengan rintangan haba yang tinggi dan pekali pengembangan haba yang rendah untuk aplikasi dalam situasi yang berbeza. Begitu juga, substrat filem poliester yang kos efektif akan diterima oleh pasaran kerana keanjalannya yang tinggi, kestabilan dimensi, kualiti permukaan filem, gandingan fotoelektrik dan rintangan alam sekitar, untuk memenuhi keperluan pengguna yang berubah-ubah.

Sama seperti PCB HDI tegar, PCB fleksibel mesti memenuhi keperluan penghantaran isyarat berkelajuan tinggi dan frekuensi tinggi, dan perhatian mesti diberikan kepada pemalar dielektrik dan kehilangan dielektrik bahan substrat fleksibel. Litar fleksibel boleh terdiri daripada polytetrafluoroethylene dan substrat polimida lanjutan. Debu tak organik dan gentian karbon boleh ditambah pada resin polimida untuk menghasilkan substrat konduktif terma fleksibel tiga lapisan. Bahan pengisi bukan organik mungkin aluminium nitrida, aluminium oksida atau boron nitrida heksagon. Bahan substrat jenis ini mempunyai kekonduksian terma 1.51W/mK, boleh menahan voltan 2.5kV dan kelengkungan 180 darjah.