Zoals we allemaal weten, zijn de basiseigenschappen van PCB (printplaat) zijn afhankelijk van de prestaties van het substraatmateriaal. Om de prestatie van de printplaat te verbeteren, moet daarom eerst de prestatie van het substraatmateriaal worden geoptimaliseerd. Tot nu toe worden verschillende nieuwe materialen ontwikkeld en toegepast om te voldoen aan de eisen van nieuwe technologieën en markttendensen.

In de afgelopen jaren hebben printplaten een transformatie ondergaan. De markt is voornamelijk verschoven van traditionele hardwareproducten zoals desktopcomputers naar draadloze communicatie zoals servers en mobiele terminals. Mobiele communicatieapparaten, vertegenwoordigd door smartphones, hebben de ontwikkeling van high-density, lichtgewicht en multifunctionele PCB’s bevorderd. Als er geen substraatmateriaal is en de procesvereisten nauw verband houden met de prestaties van de PCB, zal printtechnologie nooit worden gerealiseerd. Daarom speelt de keuze van het substraatmateriaal een cruciale rol bij het leveren van de kwaliteit en betrouwbaarheid van de PCB en het eindproduct.

Voldoe aan de behoeften van hoge dichtheid en fijne lijntjes

•Vereisten voor koperfolie

Alle printplaten evolueren naar hogere dichtheid en fijnere circuits, vooral HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Tien jaar geleden werd HDI PCB gedefinieerd als PCB, en de lijnbreedte (L) en lijnafstand (S) waren 0.1 mm of minder. De huidige standaardwaarden van L en S in de elektronica-industrie kunnen echter zo klein zijn als 60 m, en in geavanceerde gevallen kunnen hun waarden zo laag zijn als 40 m.

Hoe u uw PCB-substraatmateriaal bepaalt?

De traditionele methode voor het vormen van schakelschema’s is het beeldvormings- en etsproces. Bij het aanbrengen van dunne koperfoliesubstraten (met een dikte in het bereik van 9 m tot 12 m) bereikt de laagste waarde van L en S 30 m.

Vanwege de hoge kosten van dunne koperfolie CCL (Copper Clad Laminate) en veel defecten in de stapel, hebben veel PCB-fabrikanten de neiging om de ets-koperfolie-methode te gebruiken en is de koperfoliedikte ingesteld op 18 m. In feite wordt deze methode niet aanbevolen omdat deze te veel procedures bevat, de dikte moeilijk te controleren is en tot hogere kosten leidt. Hierdoor is dunne koperfolie beter. Bovendien, wanneer de L- en S-waarden van het bord minder dan 20 m zijn, werkt de standaard koperfolie niet. Ten slotte wordt aanbevolen om ultradunne koperfolie te gebruiken, omdat de koperdikte kan worden aangepast in het bereik van 3 m tot 5 m.

Naast de dikte van de koperfolie, vereisen huidige precisiecircuits ook een koperfolie-oppervlak met een lage ruwheid. Om het hechtvermogen tussen de koperfolie en het substraatmateriaal te verbeteren en de afpelsterkte van de geleider te waarborgen, wordt een ruwe verwerking uitgevoerd op het koperfolievlak en is de algemene ruwheid van de koperfolie groter dan 5 m.

Het inbedden van bultkoperfolie als basismateriaal heeft tot doel de afpelsterkte te verbeteren. Echter, om de precisie van de geleidingsdraad tijdens het etsen van het circuit te voorkomen, veroorzaakt het vaak bultverontreinigende stoffen, die een kortsluiting tussen lijnen of een afname van de isolatiecapaciteit kunnen veroorzaken, wat vooral van invloed is op fijne circuits. Daarom is koperfolie met een lage ruwheid (minder dan 3 m of zelfs 1.5 m) vereist.

Hoewel de ruwheid van de koperfolie wordt verminderd, is het nog steeds noodzakelijk om de afpelsterkte van de geleider te behouden, wat een speciale oppervlaktebehandeling veroorzaakt op het oppervlak van de koperfolie en het substraatmateriaal, wat helpt om de afpelsterkte van de geleider.

• Vereisten voor isolerende diëlektrische laminaten

Een van de belangrijkste technische kenmerken van HDI PCB ligt in het constructieproces. De veelgebruikte RCC (resin coated copper) of prepreg epoxy glasdoek en koperfolie laminering leiden zelden tot fijne circuits. Het is nu geneigd om SAP en MSPA te gebruiken, wat de toepassing betekent van isolerende diëlektrische film gelamineerde stroomloze koperbeplating om koperen geleidende vlakken te produceren. Omdat het kopervlak dun is, kunnen fijne circuits worden geproduceerd.

Een van de belangrijkste punten van SAP is het lamineren van diëlektrische materialen. Om te voldoen aan de vereisten van precisiecircuits met hoge dichtheid, moeten er enkele vereisten worden gesteld voor laminaatmaterialen, waaronder diëlektrische eigenschappen, isolatie, hittebestendigheid en hechting, evenals technische aanpasbaarheid die compatibel is met HDI-PCB.

In wereldwijde halfgeleiderverpakkingen worden IC-verpakkingssubstraten omgezet van keramische substraten naar organische substraten. De spoed van FC-pakketsubstraten wordt steeds kleiner, dus de huidige typische waarde van L en S is 15 m, en deze zal kleiner worden.

De prestaties van meerlaagse substraten moeten de nadruk leggen op lage diëlektrische eigenschappen, lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) en hoge hittebestendigheid, wat verwijst naar goedkope substraten die voldoen aan de prestatiedoelstellingen. Tegenwoordig wordt de diëlektrische stapeltechnologie van MSPA-isolatie gecombineerd met dunne koperfolie om te worden gebruikt bij de massaproductie van precisiecircuits. SAP wordt gebruikt om circuitpatronen te vervaardigen met zowel L- als S-waarden van minder dan 10 m.

De hoge dichtheid en dunheid van PCB’s hebben ertoe geleid dat HDI-PCB’s zijn overgegaan van laminering met kernen naar kernen van elke laag. Voor HDI-PCB’s met dezelfde functie wordt het oppervlak en de dikte van de PCB’s die op elke laag met elkaar zijn verbonden, met 25% verminderd in vergelijking met die met kernlaminaten. In deze twee HDI-printplaten is het noodzakelijk om een ​​dunnere diëlektrische laag met betere elektrische eigenschappen aan te brengen.

Requires export from high frequency and high speed

Elektronische communicatietechnologie varieert van bekabeld tot draadloos, van lage frequentie en lage snelheid tot hoge frequentie en hoge snelheid. De prestaties van smartphones zijn geëvolueerd van 4G naar 5G, wat hogere transmissiesnelheden en grotere transmissievolumes vereist.

De komst van het wereldwijde cloud computing-tijdperk heeft geleid tot een meervoudige toename van het dataverkeer en er is een duidelijke trend voor hoogfrequente en snelle communicatieapparatuur. Om te voldoen aan de vereisten van hoogfrequente en snelle transmissie, zijn naast het verminderen van signaalinterferentie en -verbruik, signaalintegriteit en productie compatibel met de ontwerpvereisten van PCB-ontwerp, hoogwaardige materialen het belangrijkste element.

De belangrijkste taak van een ingenieur is om de eigenschappen van elektrisch signaalverlies te verminderen om de PCB-snelheid te verhogen en problemen met de signaalintegriteit op te lossen. Gebaseerd op PCBCart’s meer dan tien jaar productiediensten, als een sleutelfactor die de keuze van het substraatmateriaal beïnvloedt, wanneer de diëlektrische constante (Dk) lager is dan 4 en het diëlektrische verlies (Df) lager is dan 0.010, wordt het beschouwd als een tussenliggend Dk/Df-laminaat Wanneer Dk lager is dan 3.7 en Df lager is dan 0.005, wordt het beschouwd als een laag Dk/Df-laminaat. Momenteel zijn er verschillende substraatmaterialen op de markt.

Tot nu toe zijn er hoofdzakelijk drie soorten veelgebruikte hoogfrequente printplaatsubstraatmaterialen: op fluor gebaseerde harsen, PPO- of PPE-harsen en gemodificeerde epoxyharsen. Diëlektrische substraten uit de serie fluor, zoals PTFE, hebben de laagste diëlektrische eigenschappen en worden meestal gebruikt voor producten met een frequentie van 5 GHz of hoger. Het gemodificeerde epoxyhars FR-4 of PPO substraat is geschikt voor producten met een frequentiebereik van 1GHz tot 10GHz.

Als we de drie hoogfrequente substraatmaterialen vergelijken, heeft epoxyhars de laagste prijs, hoewel fluorhars de hoogste prijs heeft. In termen van diëlektrische constante, diëlektrisch verlies, waterabsorptie en frequentiekarakteristieken, presteren op fluor gebaseerde harsen het beste, terwijl epoxyharsen slechter presteren. Wanneer de door het product toegepaste frequentie hoger is dan 10GHz, zal alleen de op fluor gebaseerde hars werken. De nadelen van PTFE zijn onder meer hoge kosten, slechte stijfheid en hoge thermische uitzettingscoëfficiënt.

For PTFE, bulk inorganic substances (such as silica) can be used as filler materials or glass cloth to enhance the rigidity of the substrate material and reduce the coefficient of thermal expansion. In addition, due to the inertness of the PTFE molecules, it is difficult for the PTFE molecules to bond with the copper foil, so a special surface treatment compatible with the copper foil must be realized. The treatment method is to perform chemical etching on the surface of the polytetrafluoroethylene to increase the surface roughness or to add an adhesive film to increase the adhesion ability. With the application of this method, the dielectric properties may be affected, and the entire fluorine-based high-frequency circuit must be further developed.

Unique insulating resin composed of modified epoxy resin or PPE and TMA, MDI and BMI, plus glass cloth. Similar to FR-4 CCL, it also has excellent heat resistance and dielectric properties, mechanical strength, and PCB manufacturability, all of which make it more popular than PTFE-based substrates.

Naast de prestatie-eisen van isolatiematerialen zoals harsen, is de oppervlakteruwheid van koper als geleider ook een belangrijke factor die van invloed is op signaaloverdrachtsverlies, dat het resultaat is van het skin-effect. Kortom, het skin-effect is dat de elektromagnetische inductie die wordt gegenereerd op de hoogfrequente signaaloverdracht en de inductieve leiding zo geconcentreerd wordt in het midden van het dwarsdoorsnedegebied van de leiding, en de stuurstroom of het signaal is gericht op de oppervlak van de leiding. De oppervlakteruwheid van de geleider speelt een sleutelrol bij het beïnvloeden van het verlies van het transmissiesignaal, en een lage ruwheid leidt tot een zeer klein verlies.

Bij dezelfde frequentie zal de hoge oppervlakteruwheid van koper een hoog signaalverlies veroorzaken. Daarom moet de ruwheid van oppervlaktekoper bij de daadwerkelijke productie worden gecontroleerd en moet deze zo laag mogelijk zijn zonder de hechting te beïnvloeden. Grote aandacht moet worden besteed aan signalen in het frequentiebereik van 10 GHz of hoger. De ruwheid van koperfolie moet minder dan 1 m zijn en het is het beste om ultra-oppervlakte koperfolie te gebruiken met een ruwheid van 0.04 m. De oppervlakteruwheid van de koperfolie moet worden gecombineerd met een geschikte oxidatiebehandeling en een hechtharssysteem. In de nabije toekomst kan er een koperfolie zijn zonder geprofileerde hars, die een hogere afpelsterkte heeft om te voorkomen dat het diëlektrische verlies wordt beïnvloed.

Vereist hoge thermische weerstand en hoge dissipatie

Met de ontwikkelingstrend van miniaturisatie en hoge functionaliteit, heeft elektronische apparatuur de neiging meer warmte te genereren, dus de vereisten voor thermisch beheer van elektronische apparatuur worden steeds veeleisender. Een van de oplossingen voor dit probleem ligt in het onderzoek en de ontwikkeling van thermisch geleidende PCB’s. De basisvoorwaarde voor PCB om goed te presteren op het gebied van hittebestendigheid en dissipatie is de hittebestendigheid en het dissipatievermogen van het substraat. De huidige verbetering in de thermische geleidbaarheid van PCB’s ligt in de verbetering van hars en vultoevoeging, maar het werkt slechts in een beperkte categorie. De typische methode is om IMS of metalen kern-PCB’s te gebruiken, die fungeren als verwarmingselementen. Vergeleken met traditionele radiatoren en ventilatoren heeft deze methode de voordelen van een klein formaat en lage kosten.

Aluminium is een zeer aantrekkelijk materiaal met de voordelen van overvloedige hulpbronnen, lage kosten en goede thermische geleidbaarheid. En intensiteit. Bovendien is het zo milieuvriendelijk dat het door de meeste metalen ondergronden of metalen kernen wordt gebruikt. Vanwege de voordelen van zuinigheid, betrouwbare elektrische verbinding, thermische geleidbaarheid en hoge sterkte, soldeer- en loodvrije, op aluminium gebaseerde printplaten zijn gebruikt in consumentenproducten, auto’s, militaire benodigdheden en ruimtevaartproducten. Het lijdt geen twijfel dat de sleutel tot de hittebestendigheid en dissipatieprestaties van het metalen substraat ligt in de hechting tussen de metalen plaat en het circuitvlak.

Hoe bepaal je het substraatmateriaal van je printplaat?

In het moderne elektronische tijdperk heeft de miniaturisering en dunheid van elektronische apparaten geleid tot de opkomst van stijve PCB’s en flexibele/rigide PCB’s. Dus welk type substraatmateriaal is voor hen geschikt?

Toegenomen toepassingsgebieden van stijve PCB’s en flexibele/rigide PCB’s hebben nieuwe eisen gesteld in termen van kwantiteit en prestatie. Polyimidefilms kunnen bijvoorbeeld worden ingedeeld in verschillende categorieën, waaronder transparant, wit, zwart en geel, met een hoge hittebestendigheid en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt voor toepassing in verschillende situaties. Evenzo zal het kosteneffectieve polyesterfilmsubstraat door de markt worden geaccepteerd vanwege zijn hoge elasticiteit, maatvastheid, filmoppervlakkwaliteit, foto-elektrische koppeling en omgevingsweerstand, om te voldoen aan de veranderende behoeften van gebruikers.

Net als stijve HDI-PCB’s, moeten flexibele PCB’s voldoen aan de vereisten van signaaloverdracht met hoge snelheid en hoge frequentie, en moet er aandacht worden besteed aan de diëlektrische constante en het diëlektrische verlies van het flexibele substraatmateriaal. Het flexibele circuit kan zijn samengesteld uit polytetrafluorethyleen en geavanceerd polyimidesubstraat. Anorganisch stof en koolstofvezel kunnen aan de polyimidehars worden toegevoegd om te resulteren in een drielaags flexibel thermisch geleidend substraat. Het anorganische vulmateriaal kan aluminiumnitride, aluminiumoxide of hexagonaal boornitride zijn. Dit type substraatmateriaal heeft een thermische geleidbaarheid van 1.51W/mK, is bestand tegen een spanning van 2.5kV en een kromming van 180 graden.