Como todos sabemos, as propriedades básicas de PCB (placa de circuito impresso) dependem do desempenho de seu material de substrato. Portanto, para melhorar o desempenho da placa de circuito, o desempenho do material do substrato deve primeiro ser otimizado. Até o momento, vários novos materiais estão sendo desenvolvidos e aplicados para atender aos requisitos de novas tecnologias e tendências de mercado.

Nos últimos anos, as placas de circuito impresso passaram por uma transformação. O mercado mudou principalmente de produtos de hardware tradicionais, como computadores desktop, para comunicações sem fio, como servidores e terminais móveis. Os dispositivos de comunicação móvel representados por telefones inteligentes promoveram o desenvolvimento de PCBs de alta densidade, leves e multifuncionais. Se não houver material de substrato e seus requisitos de processo estiverem intimamente relacionados ao desempenho do PCB, a tecnologia de circuito impresso nunca será realizada. Portanto, a escolha do material do substrato desempenha um papel vital no fornecimento da qualidade e confiabilidade do PCB e do produto final.

Atenda às necessidades de alta densidade e linhas finas

• Requisitos para folha de cobre

Todas as placas PCB estão se movendo em direção a circuitos de alta densidade e mais finos, especialmente HDI PCB (PCB de interconexão de alta densidade). Dez anos atrás, HDI PCB foi definido como PCB, e sua largura de linha (L) e espaçamento entre linhas (S) eram 0.1 mm ou menos. No entanto, os valores padrão atuais de L e S na indústria eletrônica podem ser tão pequenos quanto 60 μm e, em casos avançados, seus valores podem ser tão baixos quanto 40 μm.

Como determinar o seu material de substrato de PCB

O método tradicional de formação de diagrama de circuito está no processo de imagem e gravação. Com a aplicação de substratos finos de folha de cobre (com espessura na faixa de 9μm a 12μm), o menor valor de L e S chega a 30μm.

Devido ao alto custo da folha de cobre fina CCL (laminado revestido de cobre) e muitos defeitos na pilha, muitos fabricantes de PCB tendem a usar o método de gravação de folha de cobre, e a espessura da folha de cobre é definida para 18μm. Na verdade, este método não é recomendado porque contém muitos procedimentos, a espessura é difícil de controlar e acarreta custos mais elevados. Como resultado, a folha de cobre fina é melhor. Além disso, quando os valores L e S da placa são menores que 20μm, a folha de cobre padrão não funciona. Por fim, recomenda-se o uso de folha de cobre ultrafina, pois sua espessura de cobre pode ser ajustada na faixa de 3μm a 5μm.

Além da espessura da folha de cobre, os circuitos de precisão atuais também requerem uma superfície de folha de cobre com baixa rugosidade. A fim de melhorar a capacidade de ligação entre a folha de cobre e o material do substrato e garantir a resistência ao destacamento do condutor, o processamento bruto é realizado no plano da folha de cobre e a rugosidade geral da folha de cobre é maior que 5μm.

A incorporação de folha de cobre corcunda como material de base visa melhorar sua resistência ao descascamento. No entanto, a fim de controlar a precisão do chumbo longe do over-etching durante o ataque do circuito, ele tende a causar poluentes de saliência, que podem causar um curto-circuito entre as linhas ou uma diminuição na capacidade de isolamento, o que afeta particularmente os circuitos finos. Portanto, é necessária uma folha de cobre com baixa rugosidade (menos de 3 μm ou mesmo 1.5 μm).

Embora a rugosidade da folha de cobre seja reduzida, ainda é necessário reter a resistência ao destacamento do condutor, o que provoca um tratamento superficial especial na superfície da folha de cobre e do material do substrato, o que ajuda a garantir a resistência ao destacamento do condutor.

• Requisitos para isolar laminados dielétricos

Uma das principais características técnicas do HDI PCB está no processo de construção. O comumente usado RCC (cobre revestido com resina) ou tecido de vidro epóxi prepreg e laminação de folha de cobre raramente levam a circuitos finos. Agora está inclinado a usar SAP e MSPA, o que significa a aplicação de revestimento de cobre químico laminado com filme dielétrico isolante para produzir planos condutores de cobre. Como o plano de cobre é fino, circuitos finos podem ser produzidos.

Um dos pontos-chave do SAP é laminar materiais dielétricos. Para atender aos requisitos de circuitos de precisão de alta densidade, alguns requisitos devem ser apresentados para materiais laminados, incluindo propriedades dielétricas, isolamento, resistência ao calor e ligação, bem como adaptabilidade técnica compatível com HDI PCB.

Na embalagem global de semicondutores, os substratos de embalagem IC são convertidos de substratos de cerâmica em substratos orgânicos. O passo dos substratos do pacote FC está se tornando cada vez menor, então o valor típico atual de L e S é 15 μm, e será menor.

O desempenho de substratos multicamadas deve enfatizar propriedades dielétricas baixas, expansão térmica de baixo coeficiente (CTE) e alta resistência ao calor, que se refere a substratos de baixo custo que atendem às metas de desempenho. Hoje em dia, a tecnologia de empilhamento dielétrico de isolamento MSPA é combinada com a folha de cobre fina para ser usada na produção em massa de circuitos de precisão. SAP é usado para fabricar padrões de circuito com valores L e S menores que 10 μm.

A alta densidade e espessura dos PCBs fizeram com que os PCBs HDI fizessem a transição da laminação com núcleos para núcleos de qualquer camada. Para HDI PCBs com a mesma função, a área e a espessura dos PCBs interconectados em qualquer camada são reduzidas em 25% em comparação com aqueles com laminados centrais. É necessário aplicar uma camada dielétrica mais fina e com melhores propriedades elétricas nessas duas PCBs de HDI.

Requer exportação de alta frequência e alta velocidade

A tecnologia de comunicação eletrônica vai de com fio a sem fio, de baixa frequência e baixa velocidade a alta frequência e alta velocidade. O desempenho dos smartphones evoluiu de 4G para 5G, exigindo velocidades de transmissão mais rápidas e maiores volumes de transmissão.

O advento da era da computação em nuvem global levou a um aumento múltiplo no tráfego de dados e há uma tendência clara para equipamentos de comunicação de alta frequência e alta velocidade. A fim de atender aos requisitos de transmissão de alta frequência e alta velocidade, além de reduzir a interferência e o consumo do sinal, a integridade e a fabricação do sinal são compatíveis com os requisitos de design de design de PCB, os materiais de alto desempenho são o elemento mais importante.

O principal trabalho de um engenheiro é reduzir as propriedades de perda de sinal elétrico para aumentar a velocidade do PCB e resolver problemas de integridade de sinal. Com base nos mais de dez anos de serviços de fabricação da PCBCart, como um fator-chave que afeta a escolha do material do substrato, quando a constante dielétrica (Dk) é inferior a 4 e a perda dielétrica (Df) é inferior a 0.010, é considerado um laminado Dk / Df intermediário Quando Dk é menor que 3.7 e Df é menor que 0.005, é considerado um laminado Dk / Df baixo. Atualmente, uma variedade de materiais de substrato estão disponíveis no mercado.

Até agora, existem principalmente três tipos de materiais de substrato de placa de circuito de alta frequência comumente usados: resinas à base de flúor, resinas PPO ou PPE e resinas epóxi modificadas. Os substratos dielétricos da série de flúor, como PTFE, têm as propriedades dielétricas mais baixas e geralmente são usados ​​para produtos com uma frequência de 5 GHz ou superior. O substrato de resina epóxi modificada FR-4 ou PPO é adequado para produtos com uma faixa de frequência de 1 GHz a 10 GHz.

Comparando os três materiais de substrato de alta frequência, a resina epóxi tem o preço mais baixo, embora a resina de flúor tenha o preço mais alto. Em termos de constante dielétrica, perda dielétrica, absorção de água e características de frequência, as resinas à base de flúor têm melhor desempenho, enquanto as resinas epóxi têm pior desempenho. Quando a frequência aplicada pelo produto for superior a 10 GHz, apenas a resina à base de flúor funcionará. As desvantagens do PTFE incluem alto custo, baixa rigidez e alto coeficiente de expansão térmica.

Para o PTFE, as substâncias inorgânicas a granel (como a sílica) podem ser usadas como materiais de enchimento ou tecido de vidro para aumentar a rigidez do material do substrato e reduzir o coeficiente de expansão térmica. Além disso, devido à inércia das moléculas de PTFE, é difícil para as moléculas de PTFE se ligarem à folha de cobre, portanto, um tratamento de superfície especial compatível com a folha de cobre deve ser realizado. O método de tratamento consiste em realizar o ataque químico na superfície do politetrafluoroetileno para aumentar a rugosidade da superfície ou adicionar uma película adesiva para aumentar a capacidade de adesão. Com a aplicação deste método, as propriedades dielétricas podem ser afetadas e todo o circuito de alta frequência à base de flúor deve ser desenvolvido.

Resina isolante única composta por resina epóxi modificada ou PPE e TMA, MDI e BMI, além de tecido de vidro. Semelhante ao FR-4 CCL, ele também tem excelente resistência ao calor e propriedades dielétricas, resistência mecânica e capacidade de fabricação de PCB, os quais o tornam mais popular do que os substratos à base de PTFE.

Além dos requisitos de desempenho de materiais isolantes, como resinas, a rugosidade da superfície do cobre como condutor também é um fator importante que afeta a perda de transmissão do sinal, que é o resultado do efeito de pele. Basicamente, o efeito de pele é que a indução eletromagnética gerada na transmissão do sinal de alta frequência e o condutor indutivo tornam-se tão concentrados no centro da área da seção transversal do condutor e a corrente ou sinal de condução é focado no superfície do chumbo. A rugosidade da superfície do condutor desempenha um papel fundamental em influenciar a perda do sinal de transmissão, e a rugosidade baixa leva a uma perda muito pequena.

Na mesma frequência, a alta rugosidade da superfície do cobre causará grande perda de sinal. Portanto, a rugosidade da superfície do cobre deve ser controlada na fabricação real e deve ser a mais baixa possível sem afetar a adesão. Deve-se prestar muita atenção aos sinais na faixa de frequência de 10 GHz ou superior. A rugosidade da folha de cobre deve ser inferior a 1μm e é melhor usar folha de cobre ultra-superficial com rugosidade de 0.04μm. A rugosidade da superfície da folha de cobre deve ser combinada com um tratamento de oxidação adequado e um sistema de resina de ligação. Em um futuro próximo, pode haver uma folha de cobre sem resina revestida com perfil, que tem uma maior resistência ao destacamento para evitar que a perda dielétrica seja afetada.

Requer alta resistência térmica e alta dissipação

Com a tendência de desenvolvimento da miniaturização e alta funcionalidade, os equipamentos eletrônicos tendem a gerar mais calor, portanto, os requisitos de gerenciamento térmico dos equipamentos eletrônicos estão se tornando cada vez mais exigentes. Uma das soluções para este problema está na pesquisa e desenvolvimento de PCBs termicamente condutores. A condição básica para o PCB ter um bom desempenho em termos de resistência ao calor e dissipação é a resistência ao calor e a capacidade de dissipação do substrato. A melhoria atual na condutividade térmica do PCB está na melhoria da resina e na adição de enchimento, mas só funciona em uma categoria limitada. O método típico é usar IMS ou PCB com núcleo de metal, que atuam como elementos de aquecimento. Comparado com radiadores e ventiladores tradicionais, este método tem as vantagens de tamanho pequeno e baixo custo.

O alumínio é um material muito atraente com as vantagens de recursos abundantes, baixo custo e boa condutividade térmica. E intensidade. Além disso, é tão amigo do ambiente que é usado pela maioria dos substratos de metal ou núcleos de metal. Devido às vantagens de economia, conexão elétrica confiável, condutividade térmica e alta resistência, placas de circuito à base de alumínio sem solda e sem chumbo têm sido usadas em produtos de consumo, automóveis, suprimentos militares e produtos aeroespaciais. Não há dúvida de que a chave para a resistência ao calor e desempenho de dissipação do substrato de metal está na adesão entre a placa de metal e o plano do circuito.

Como determinar o material do substrato de seu PCB?

Na era eletrônica moderna, a miniaturização e a magreza dos dispositivos eletrônicos levaram ao surgimento de PCBs rígidos e PCBs flexíveis / rígidos. Então, que tipo de material de substrato é adequado para eles?

O aumento das áreas de aplicação de PCBs rígidos e PCBs flexíveis / rígidos trouxeram novos requisitos em termos de quantidade e desempenho. Por exemplo, os filmes de poliimida podem ser classificados em várias categorias, incluindo transparentes, brancos, pretos e amarelos, com alta resistência ao calor e baixo coeficiente de expansão térmica para aplicação em diferentes situações. Da mesma forma, o substrato de filme de poliéster de baixo custo será aceito pelo mercado devido à sua alta elasticidade, estabilidade dimensional, qualidade da superfície do filme, acoplamento fotoelétrico e resistência ambiental, para atender às necessidades de mudança dos usuários.

Semelhante ao HDI PCB rígido, o PCB flexível deve atender aos requisitos de transmissão de sinal de alta velocidade e alta frequência, e deve-se prestar atenção à constante dielétrica e à perda dielétrica do material do substrato flexível. O circuito flexível pode ser composto de politetrafluoroetileno e substrato de poliimida avançado. Poeira inorgânica e fibra de carbono podem ser adicionadas à resina de poliimida para resultar em um substrato termicamente condutor flexível de três camadas. O material de enchimento inorgânico pode ser nitreto de alumínio, óxido de alumínio ou nitreto de boro hexagonal. Este tipo de material de substrato tem uma condutividade térmica de 1.51 W / mK, pode resistir a uma tensão de 2.5 kV e uma curvatura de 180 graus.