Jak wszyscy wiemy, podstawowe właściwości PCB (płytka drukowana) zależy od wydajności materiału podłoża. Dlatego, aby poprawić działanie płytki drukowanej, należy najpierw zoptymalizować działanie materiału podłoża. Do tej pory opracowywane i stosowane są różne nowe materiały, aby sprostać wymaganiom nowych technologii i trendów rynkowych.

W ostatnich latach obwody drukowane uległy transformacji. Rynek przesunął się głównie z tradycyjnych produktów sprzętowych, takich jak komputery stacjonarne, do komunikacji bezprzewodowej, takiej jak serwery i terminale mobilne. Urządzenia komunikacji mobilnej reprezentowane przez smartfony promują rozwój płytek PCB o dużej gęstości, lekkich i wielofunkcyjnych. Jeśli nie ma materiału podłoża, a wymagania procesowe są ściśle związane z wydajnością PCB, technologia obwodów drukowanych nigdy nie zostanie zrealizowana. Dlatego wybór materiału podłoża odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu jakości i niezawodności PCB oraz produktu końcowego.

Spełnij potrzeby wysokiej gęstości i cienkich linii

•Wymagania dotyczące folii miedzianej

Wszystkie płytki PCB zmierzają w kierunku większej gęstości i drobniejszych obwodów, zwłaszcza PCB HDI (High Density Interconnect PCB). Dziesięć lat temu HDI PCB zostało zdefiniowane jako PCB, a jego szerokość linii (L) i odstęp między liniami (S) wynosiły 0.1 mm lub mniej. Jednak obecne standardowe wartości L i S w branży elektronicznej mogą wynosić nawet 60 μm, a w zaawansowanych przypadkach ich wartości mogą sięgać nawet 40 μm.

Jak określić materiał podłoża PCB?

Tradycyjną metodą tworzenia schematów obwodów jest proces obrazowania i trawienia. Przy zastosowaniu cienkich podłoży z folii miedzianej (o grubości w zakresie od 9μm do 12μm) najniższa wartość L i S sięga 30μm.

Ze względu na wysoki koszt cienkiej folii miedzianej CCL (Copper Clad Laminate) i wiele wad w stosie, wielu producentów PCB stosuje metodę folii miedzianej trawionej, a grubość folii miedzianej jest ustawiona na 18 μm. W rzeczywistości ta metoda nie jest zalecana, ponieważ zawiera zbyt wiele procedur, grubość jest trudna do kontrolowania i prowadzi do wyższych kosztów. Dzięki temu cienka folia miedziana jest lepsza. Dodatkowo, gdy wartości L i S płytki są mniejsze niż 20μm, standardowa folia miedziana nie działa. Wreszcie zaleca się stosowanie ultracienkiej folii miedzianej, ponieważ jej grubość miedzi można regulować w zakresie od 3 μm do 5 μm.

Oprócz grubości folii miedzianej, obecne precyzyjne obwody wymagają również powierzchni folii miedzianej o niskiej chropowatości. W celu poprawy zdolności wiązania między folią miedzianą a materiałem podłoża i zapewnienia wytrzymałości przewodnika na odrywanie, na płaszczyźnie folii miedzianej przeprowadza się obróbkę zgrubną, a ogólna chropowatość folii miedzianej jest większa niż 5 μm.

Osadzenie garbowej folii miedzianej jako materiału bazowego ma na celu poprawę wytrzymałości na odrywanie. Jednak w celu kontrolowania precyzji prowadzenia z dala od nadmiernego wytrawiania podczas trawienia obwodów, ma on tendencję do powodowania zanieczyszczeń garbowych, które mogą powodować zwarcie między liniami lub zmniejszenie pojemności izolacji, co szczególnie wpływa na drobne obwody. Dlatego wymagana jest folia miedziana o małej chropowatości (poniżej 3 μm lub nawet 1.5 μm).

Chociaż chropowatość folii miedzianej jest zmniejszona, nadal konieczne jest zachowanie wytrzymałości na odrywanie przewodnika, co powoduje specjalną obróbkę powierzchni na powierzchni folii miedzianej i materiale podłoża, co pomaga zapewnić wytrzymałość na odrywanie konduktor.

• Wymagania dotyczące izolacyjnych laminatów dielektrycznych

Jedną z głównych cech technicznych HDI PCB jest proces konstrukcyjny. Powszechnie stosowane RCC (miedź powlekana żywicą) lub prepreg epoksydowa tkanina szklana i laminowanie folią miedzianą rzadko prowadzą do drobnych obwodów. Obecnie skłania się do stosowania SAP i MSPA, co oznacza zastosowanie izolacyjnej powłoki z miedzi bezprądowej laminowanej folią dielektryczną do produkcji miedzianych płaszczyzn przewodzących. Ponieważ płaszczyzna miedzi jest cienka, można wytwarzać precyzyjne obwody.

Jednym z kluczowych punktów SAP jest laminowanie materiałów dielektrycznych. Aby spełnić wymagania precyzyjnych obwodów o wysokiej gęstości, należy postawić pewne wymagania dotyczące materiałów laminowanych, w tym właściwości dielektryczne, izolację, odporność na ciepło i wiązanie, a także techniczną adaptacyjność kompatybilną z HDI PCB.

W globalnych opakowaniach półprzewodnikowych podłoża do pakowania układów scalonych są przekształcane z podłoży ceramicznych na podłoża organiczne. Skok podłoży pakietu FC staje się coraz mniejszy, więc aktualna typowa wartość L i S wynosi 15 μm i będzie mniejsza.

Wydajność podłoży wielowarstwowych powinna kłaść nacisk na niskie właściwości dielektryczne, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) i wysoką odporność na ciepło, co odnosi się do tanich podłoży spełniających cele wydajnościowe. Obecnie technologia układania dielektryków izolacji MSPA jest połączona z cienką folią miedzianą, która ma być stosowana w masowej produkcji precyzyjnych obwodów. SAP służy do wytwarzania wzorców obwodów o wartościach L i S mniejszych niż 10 μm.

Wysoka gęstość i grubość PCB spowodowała, że ​​PCB HDI przeszły z laminowania z rdzeniami na rdzenie dowolnej warstwy. W przypadku płytek HDI o tej samej funkcji powierzchnia i grubość płytek PCB połączonych na dowolnej warstwie jest zmniejszona o 25% w porównaniu do tych z laminatami rdzeniowymi. W tych dwóch PCB HDI konieczne jest zastosowanie cieńszej warstwy dielektrycznej o lepszych właściwościach elektrycznych.

Wymaga eksportu z wysoką częstotliwością i dużą prędkością

Technologia komunikacji elektronicznej obejmuje zakres od przewodowego do bezprzewodowego, od niskiej częstotliwości i niskiej prędkości do wysokiej częstotliwości i dużej prędkości. Wydajność smartfonów ewoluowała od 4G do 5G, co wymaga szybszych prędkości transmisji i większych wolumenów transmisji.

Nadejście ery globalnego przetwarzania w chmurze doprowadziło do wielokrotnego wzrostu ruchu danych i istnieje wyraźna tendencja do stosowania urządzeń komunikacyjnych o wysokiej częstotliwości i dużej szybkości. Aby spełnić wymagania wysokiej częstotliwości i szybkiej transmisji, oprócz zmniejszenia zakłóceń i zużycia sygnału, integralność sygnału i produkcja są zgodne z wymaganiami projektowymi projektowania PCB, najważniejszym elementem są materiały o wysokiej wydajności.

Głównym zadaniem inżyniera jest zmniejszenie właściwości utraty sygnału elektrycznego w celu zwiększenia prędkości PCB i rozwiązania problemów z integralnością sygnału. Na podstawie ponad dziesięciu lat usług produkcyjnych PCBCart, jako kluczowego czynnika wpływającego na wybór materiału podłoża, gdy stała dielektryczna (Dk) jest mniejsza niż 4, a strata dielektryczna (Df) jest mniejsza niż 0.010, uważa się ją za laminat pośredni Dk/Df Gdy Dk jest mniejsze niż 3.7 i Df jest mniejsze niż 0.005, uważa się go za laminat o niskim Dk/Df. Obecnie na rynku dostępne są różne materiały podłoża.

Do tej pory istnieją głównie trzy rodzaje powszechnie stosowanych materiałów podłoża płytek drukowanych o wysokiej częstotliwości: żywice na bazie fluoru, żywice PPO lub PPE oraz modyfikowane żywice epoksydowe. Podłoża dielektryczne serii fluoru, takie jak PTFE, mają najniższe właściwości dielektryczne i są zwykle stosowane do produktów o częstotliwości 5 GHz lub wyższej. Zmodyfikowane podłoże z żywicy epoksydowej FR-4 lub PPO jest odpowiednie dla produktów o zakresie częstotliwości od 1GHz do 10GHz.

Porównując trzy materiały podłoża o wysokiej częstotliwości, żywica epoksydowa ma najniższą cenę, chociaż żywica fluorowa ma najwyższą cenę. Pod względem stałej dielektrycznej, strat dielektrycznych, absorpcji wody i charakterystyki częstotliwościowej żywice na bazie fluoru radzą sobie najlepiej, podczas gdy żywice epoksydowe radzą sobie gorzej. Gdy częstotliwość zastosowana przez produkt jest wyższa niż 10 GHz, zadziała tylko żywica na bazie fluoru. Wady PTFE obejmują wysoki koszt, słabą sztywność i wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej.

W przypadku PTFE jako materiały wypełniające lub tkaninę szklaną można stosować masowe substancje nieorganiczne (takie jak krzemionka) w celu zwiększenia sztywności materiału podłoża i zmniejszenia współczynnika rozszerzalności cieplnej. Ponadto, ze względu na obojętność cząsteczek PTFE, cząsteczki PTFE mają trudności z wiązaniem się z folią miedzianą, dlatego należy wykonać specjalną obróbkę powierzchni zgodną z folią miedzianą. Metoda obróbki polega na wykonaniu trawienia chemicznego na powierzchni politetrafluoroetylenu w celu zwiększenia chropowatości powierzchni lub dodaniu warstwy adhezyjnej w celu zwiększenia zdolności adhezji. Zastosowanie tej metody może mieć wpływ na właściwości dielektryczne, a cały obwód wysokiej częstotliwości oparty na fluorze musi być dalej rozwijany.

Unikalna żywica izolacyjna składająca się ze zmodyfikowanej żywicy epoksydowej lub PPE i TMA, MDI i BMI oraz tkaniny szklanej. Podobnie jak FR-4 CCL, ma również doskonałą odporność na ciepło i właściwości dielektryczne, wytrzymałość mechaniczną i możliwości produkcyjne PCB, co czyni go bardziej popularnym niż podłoża na bazie PTFE.

Oprócz wymagań dotyczących wydajności materiałów izolacyjnych, takich jak żywice, chropowatość powierzchni miedzi jako przewodnika jest również ważnym czynnikiem wpływającym na utratę transmisji sygnału, która jest wynikiem efektu naskórkowości. Zasadniczo efekt skóry polega na tym, że indukcja elektromagnetyczna generowana na transmisji sygnału o wysokiej częstotliwości i przewodzie indukcyjnym staje się tak skoncentrowana w środku obszaru przekroju przewodu, a prąd lub sygnał napędowy koncentruje się na powierzchnia ołowiu. Chropowatość powierzchni przewodnika odgrywa kluczową rolę w wpływaniu na utratę sygnału transmisyjnego, a mała chropowatość prowadzi do bardzo małych strat.

Przy tej samej częstotliwości duża chropowatość powierzchni miedzi spowoduje duże straty sygnału. Dlatego chropowatość miedzi powierzchniowej musi być kontrolowana podczas rzeczywistej produkcji i powinna być tak niska, jak to możliwe, bez wpływu na przyczepność. Dużą uwagę należy zwrócić na sygnały w zakresie częstotliwości 10 GHz lub wyższym. Chropowatość folii miedzianej musi być mniejsza niż 1 μm, a najlepiej jest użyć folii miedzianej ultra-powierzchniowej o chropowatości 0.04 μm. Chropowatość powierzchni folii miedzianej musi być połączona z odpowiednią obróbką oksydacyjną i systemem żywic wiążących. W niedalekiej przyszłości może pojawić się folia miedziana bez profilowanej żywicy, która będzie miała wyższą wytrzymałość na odrywanie, aby zapobiec wpływowi strat dielektrycznych.

Wymaga wysokiej odporności termicznej i wysokiego rozpraszania

Wraz z rozwojem trendu miniaturyzacji i wysokiej funkcjonalności, sprzęt elektroniczny ma tendencję do generowania większej ilości ciepła, więc wymagania dotyczące zarządzania ciepłem sprzętu elektronicznego stają się coraz bardziej wymagające. Jednym z rozwiązań tego problemu są badania i rozwój PCB przewodzących ciepło. Podstawowym warunkiem dobrego zachowania PCB pod względem odporności na ciepło i rozpraszania jest odporność na ciepło i zdolność rozpraszania podłoża. Obecna poprawa przewodności cieplnej PCB polega na ulepszeniu żywicy i dodatku wypełniającego, ale działa to tylko w ograniczonej kategorii. Typową metodą jest użycie IMS lub PCB z metalowym rdzeniem, które działają jako elementy grzejne. W porównaniu z tradycyjnymi grzejnikami i wentylatorami ta metoda ma zalety niewielkich rozmiarów i niskich kosztów.

Aluminium jest bardzo atrakcyjnym materiałem o zaletach obfitych zasobów, niskich kosztów i dobrej przewodności cieplnej. I intensywność. Ponadto jest tak przyjazny dla środowiska, że ​​jest stosowany przez większość podłoży metalowych lub metalowych rdzeni. Ze względu na zalety ekonomiczne, niezawodne połączenie elektryczne, przewodność cieplną i wysoką wytrzymałość, bezlutowe i bezołowiowe płytki drukowane na bazie aluminium są stosowane w produktach konsumenckich, samochodach, zaopatrzeniu wojskowym i produktach lotniczych. Nie ma wątpliwości, że kluczem do odporności na ciepło i zdolności rozpraszania metalowego podłoża jest przyczepność między metalową płytą a płaszczyzną obwodu.

Jak określić materiał podłoża swojej płytki drukowanej?

W erze nowoczesnej elektroniki miniaturyzacja i cienkość urządzeń elektronicznych doprowadziły do ​​pojawienia się sztywnych płytek drukowanych i elastycznych/sztywnych płytek drukowanych. Jaki rodzaj podłoża jest dla nich odpowiedni?

Zwiększone obszary zastosowań sztywnych PCB i elastycznych/sztywnych PCB przyniosły nowe wymagania pod względem ilości i wydajności. Na przykład folie poliimidowe można podzielić na różne kategorie, w tym przezroczyste, białe, czarne i żółte, o wysokiej wytrzymałości cieplnej i niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej do zastosowania w różnych sytuacjach. Podobnie, ekonomiczne podłoże z folii poliestrowej zostanie zaakceptowane przez rynek ze względu na wysoką elastyczność, stabilność wymiarową, jakość powierzchni folii, sprzężenie fotoelektryczne i odporność na środowisko, aby sprostać zmieniającym się potrzebom użytkowników.

Podobnie jak sztywna płytka HDI, elastyczna płytka drukowana musi spełniać wymagania transmisji sygnału o dużej prędkości i wysokiej częstotliwości, przy czym należy zwrócić uwagę na stałą dielektryczną i straty dielektryczne elastycznego materiału podłoża. Elastyczny obwód może składać się z politetrafluoroetylenu i zaawansowanego podłoża poliimidowego. Do żywicy poliimidowej można dodać pył nieorganiczny i włókno węglowe, aby uzyskać trójwarstwowe, elastyczne, przewodzące ciepło podłoże. Nieorganicznym materiałem wypełniającym może być azotek glinu, tlenek glinu lub heksagonalny azotek boru. Ten rodzaj materiału podłoża ma przewodność cieplną 1.51 W/mK, wytrzymuje napięcie 2.5 kV i krzywiznę 180 stopni.