As we all know, the basic properties of PCB (trykt kretskort) avhenger av ytelsen til substratmaterialet. Derfor, for å forbedre ytelsen til kretskortet, må ytelsen til substratmaterialet først optimaliseres. Så langt utvikles og brukes forskjellige nye materialer for å møte kravene til nye teknologier og markedstrender.

De siste årene har kretskort gjennomgått en transformasjon. Markedet har hovedsakelig skiftet fra tradisjonelle maskinvareprodukter som stasjonære datamaskiner til trådløs kommunikasjon som servere og mobile terminaler. Mobile kommunikasjonsenheter representert av smarttelefoner har fremmet utviklingen av høytetthet, lette og multifunksjonelle PCB. Hvis det ikke er noe substratmateriale, og dets prosesskrav er nært knyttet til ytelsen til PCB, vil trykt kretsteknologi aldri bli realisert. Derfor spiller valget av underlagsmateriale en viktig rolle for å gi kvaliteten og påliteligheten til PCB og sluttproduktet.

Meet the needs of high density and fine lines

•Krav til kobberfolie

All PCB boards are moving towards higher density and finer circuits, especially HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Ten years ago, HDI PCB was defined as PCB, and its line width (L) and line spacing (S) were 0.1mm or less. However, the current standard values ​​of L and S in the electronics industry can be as small as 60 μm, and in advanced cases, their values ​​can be as low as 40 μm.

How to determine your PCB substrate material

Den tradisjonelle metoden for kretsdiagramdannelse er i avbildnings- og etseprosessen. Med påføring av tynne kobberfoliesubstrater (med en tykkelse i området 9μm til 12μm), når den laveste verdien av L og S 30μm.

På grunn av de høye kostnadene for tynn kobberfolie CCL (Copper Clad Laminate) og mange defekter i stabelen, har mange PCB-produsenter en tendens til å bruke etse-kobberfoliemetoden, og kobberfolietykkelsen er satt til 18μm. Faktisk anbefales ikke denne metoden fordi den inneholder for mange prosedyrer, tykkelsen er vanskelig å kontrollere og fører til høyere kostnader. Som et resultat er tynn kobberfolie bedre. I tillegg, når brettets L- og S-verdier er mindre enn 20μm, fungerer ikke standard kobberfolie. Til slutt anbefales det å bruke ultratynn kobberfolie, fordi kobbertykkelsen kan justeres i området 3μm til 5μm.

I tillegg til tykkelsen på kobberfolien krever nåværende presisjonskretser også en kobberfolieoverflate med lav ruhet. For å forbedre bindingsevnen mellom kobberfolien og substratmaterialet og sikre avskallingsstyrken til lederen, utføres grovbearbeiding på kobberfolieplanet, og den generelle ruheten til kobberfolien er større enn 5μm.

Innstøping av pukkel kobberfolie som basismateriale har som mål å forbedre flellstyrken. Men for å kontrollere ledningens presisjon vekk fra overetsing under kretsetsing, har den en tendens til å forårsake pukkelforurensninger, som kan forårsake kortslutning mellom linjer eller en reduksjon i isolasjonskapasitet, noe som spesielt påvirker fine kretsløp. Derfor er det nødvendig med kobberfolie med lav ruhet (mindre enn 3 μm eller til og med 1.5 μm).

Although the roughness of the copper foil is reduced, it is still necessary to retain the peel strength of the conductor, which causes a special surface treatment on the surface of the copper foil and the substrate material, which helps to ensure the peel strength of the conductor.

• Krav til isolerende dielektriske laminater

One of the main technical characteristics of HDI PCB lies in the construction process. The commonly used RCC (resin coated copper) or prepreg epoxy glass cloth and copper foil lamination rarely lead to fine circuits. It is now inclined to use SAP and MSPA, which means the application of insulating dielectric film laminated electroless copper plating to produce copper conductive planes. Because the copper plane is thin, fine circuits can be produced.

Et av hovedpunktene til SAP er å laminere dielektriske materialer. For å oppfylle kravene til presisjonskretser med høy tetthet, må det stilles noen krav til laminatmaterialer, inkludert dielektriske egenskaper, isolasjon, varmebestandighet og binding, samt teknisk tilpasningsevne kompatibel med HDI PCB.

In global semiconductor packaging, IC packaging substrates are converted from ceramic substrates to organic substrates. The pitch of FC package substrates is becoming smaller and smaller, so the current typical value of L and S is 15 μm, and it will be smaller.

The performance of multi-layer substrates should emphasize low dielectric properties, low coefficient thermal expansion (CTE) and high heat resistance, which refers to low-cost substrates that meet the performance targets. Nowadays, MSPA insulation dielectric stacking technology is combined with thin copper foil to be used in the mass production of precision circuits. SAP is used to manufacture circuit patterns with both L and S values ​​less than 10 μm.

Den høye tettheten og tynnheten til PCB har fått HDI PCB til å gå over fra laminering med kjerner til kjerner av hvilket som helst lag. For HDI PCB med samme funksjon reduseres arealet og tykkelsen av PCB sammenkoblet på ethvert lag med 25 % sammenlignet med de med kjernelaminater. Det er nødvendig å påføre et tynnere dielektrisk lag med bedre elektriske egenskaper i disse to HDI PCB-ene.

Requires export from high frequency and high speed

Elektronisk kommunikasjonsteknologi spenner fra kablet til trådløst, fra lavfrekvent og lavhastighet til høyfrekvent og høyhastighet. Ytelsen til smarttelefoner har utviklet seg fra 4G til 5G, noe som krever raskere overføringshastigheter og større overføringsvolumer.

Fremkomsten av den globale cloud computing-æraen har ført til en flere ganger økning i datatrafikk, og det er en klar trend for høyfrekvent og høyhastighets kommunikasjonsutstyr. For å oppfylle kravene til høyfrekvent og høyhastighetsoverføring, i tillegg til å redusere signalforstyrrelser og forbruk, er signalintegritet og produksjon forenlig med designkravene til PCB-design, høyytelsesmaterialer er det viktigste elementet.

Hovedoppgaven til en ingeniør er å redusere egenskapene til elektrisk signaltap for å øke PCB-hastigheten og løse problemer med signalintegritet. Basert på PCBCarts mer enn ti år med produksjonstjenester, som en nøkkelfaktor som påvirker valg av substratmateriale, regnes det som en dielektrisk konstant (Dk) er lavere enn 4 og det dielektriske tapet (Df) er lavere enn 0.010. mellomliggende Dk/Df-laminat Når Dk er lavere enn 3.7 og Df er lavere enn 0.005, regnes det som et lavt Dk/Df-laminat. For tiden er en rekke substratmaterialer tilgjengelig på markedet.

Så langt er det hovedsakelig tre typer ofte brukte høyfrekvente kretskortsubstratmaterialer: fluorbaserte harpikser, PPO- eller PPE-harpikser og modifiserte epoksyharpikser. Dielektriske substrater i fluorserien, som PTFE, har de laveste dielektriske egenskapene og brukes vanligvis til produkter med en frekvens på 5 GHz eller høyere. Det modifiserte epoksyharpiksen FR-4 eller PPO-substratet er egnet for produkter med et frekvensområde på 1GHz til 10GHz.

Sammenligner de tre høyfrekvente substratmaterialene, har epoksyharpiks den laveste prisen, selv om fluorharpiks har den høyeste prisen. Når det gjelder dielektrisitetskonstant, dielektrisk tap, vannabsorpsjon og frekvensegenskaper, gir fluorbaserte harpikser best resultater, mens epoksyharpikser gir dårligere resultater. Når frekvensen som brukes av produktet er høyere enn 10GHz, vil bare den fluorbaserte harpiksen fungere. Ulempene med PTFE inkluderer høye kostnader, dårlig stivhet og høy termisk ekspansjonskoeffisient.

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.

I tillegg til ytelseskravene til isolasjonsmaterialer som harpiks, er overflateruheten til kobber som leder også en viktig faktor som påvirker signaloverføringstap, som er et resultat av hudeffekten. I utgangspunktet er hudeffekten at den elektromagnetiske induksjonen som genereres på den høyfrekvente signaloverføringen og den induktive ledningen blir så konsentrert i midten av ledningens tverrsnittsareal, og drivstrømmen eller signalet er fokusert på overflaten av blyet. Lederens overflateruhet spiller en nøkkelrolle i å påvirke tapet av overføringssignalet, og lav ruhet fører til svært lite tap.

Ved samme frekvens vil den høye overflateruheten til kobber forårsake høyt signaltap. Derfor må ruheten til overflatekobber kontrolleres i faktisk produksjon, og den bør være så lav som mulig uten å påvirke vedheft. Stor oppmerksomhet må rettes mot signaler i frekvensområdet 10 GHz eller høyere. Ruheten til kobberfolie er nødvendig å være mindre enn 1μm, og det er best å bruke ultraoverflate kobberfolie med en ruhet på 0.04μm. Overflateruheten til kobberfolien må kombineres med et egnet oksidasjonsbehandling og bindeharpikssystem. I nær fremtid kan det være en kobberfolie uten profilbelagt harpiks, som har høyere avrivningsstyrke for å forhindre at det dielektriske tapet påvirkes.

Krever høy termisk motstand og høy spredning

With the development trend of miniaturization and high functionality, electronic equipment tends to generate more heat, so the thermal management requirements of electronic equipment are becoming more and more demanding. One of the solutions to this problem lies in the research and development of thermally conductive PCBs. The basic condition for PCB to perform well in terms of heat resistance and dissipation is the heat resistance and dissipation capability of the substrate. The current improvement in the thermal conductivity of PCB lies in the improvement of resin and filling addition, but it only works in a limited category. The typical method is to use IMS or metal core PCB, which act as heating elements. Compared with traditional radiators and fans, this method has the advantages of small size and low cost.

Aluminium er et veldig attraktivt materiale med fordelene med rikelig med ressurser, lav pris og god varmeledningsevne. Og intensitet. I tillegg er den så miljøvennlig at den brukes av de fleste metallsubstrater eller metallkjerner. På grunn av fordelene med økonomi, pålitelig elektrisk tilkobling, termisk ledningsevne og høy styrke, har loddefrie og blyfrie, aluminiumbaserte kretskort blitt brukt i forbrukerprodukter, biler, militære forsyninger og romfartsprodukter. Det er ingen tvil om at nøkkelen til varmemotstanden og spredningsytelsen til metallsubstratet ligger i adhesjonen mellom metallplaten og kretsplanet.

How to determine the substrate material of your PCB?

In the modern electronic age, the miniaturization and thinness of electronic devices has led to the emergence of rigid PCBs and flexible/rigid PCBs. So what type of substrate material is suitable for them?

Økte bruksområder for stive PCB og fleksible/stive PCB har medført nye krav når det gjelder mengde og ytelse. For eksempel kan polyimidfilmer klassifiseres i forskjellige kategorier, inkludert transparente, hvite, svarte og gule, med høy varmebestandighet og lav termisk ekspansjonskoeffisient for bruk i forskjellige situasjoner. Tilsvarende vil det kostnadseffektive polyesterfilmsubstratet bli akseptert av markedet på grunn av dets høye elastisitet, dimensjonsstabilitet, filmoverflatekvalitet, fotoelektrisk kobling og miljømotstand, for å møte brukernes skiftende behov.

I likhet med stive HDI PCB, må fleksible PCB oppfylle kravene til høyhastighets og høyfrekvent signaloverføring, og det må tas hensyn til den dielektriske konstanten og det dielektriske tapet til det fleksible substratmaterialet. Den fleksible kretsen kan bestå av polytetrafluoretylen og avansert polyimidsubstrat. Uorganisk støv og karbonfiber kan tilsettes polyimidharpiksen for å resultere i et tre-lags fleksibelt termisk ledende substrat. Det uorganiske fyllmaterialet kan være aluminiumnitrid, aluminiumoksyd eller sekskantet bornitrid. Denne typen substratmateriale har en termisk ledningsevne på 1.51W/mK, kan motstå en spenning på 2.5kV og en krumning på 180 grader.