După cum știm cu toții, proprietățile de bază ale PCB (placă de circuit imprimat) depind de performanța materialului substratului său. Prin urmare, pentru a îmbunătăți performanța plăcii de circuite, performanța materialului substratului trebuie mai întâi optimizată. Până în prezent, diferite materiale noi sunt dezvoltate și aplicate pentru a răspunde cerințelor noilor tehnologii și tendințelor pieței.

În ultimii ani, plăcile de circuite imprimate au suferit o transformare. Piața s-a mutat în principal de la produsele hardware tradiționale, cum ar fi computerele desktop, la comunicațiile fără fir, cum ar fi serverele și terminalele mobile. Dispozitivele de comunicații mobile reprezentate de telefoanele inteligente au promovat dezvoltarea PCB-urilor de înaltă densitate, ușoare și multifuncționale. Dacă nu există material de substrat, iar cerințele sale de proces sunt strâns legate de performanța PCB, tehnologia circuitelor imprimate nu va fi niciodată realizată. Prin urmare, alegerea materialului substratului joacă un rol vital în asigurarea calității și fiabilității PCB-ului și a produsului final.

Satisface nevoile de densitate mare si linii fine

•Cerințe pentru folie de cupru

Toate plăcile PCB se îndreaptă către circuite cu densitate mai mare și mai fine, în special PCB HDI (PCB de interconectare de înaltă densitate). În urmă cu zece ani, HDI PCB a fost definit ca PCB, iar lățimea liniei (L) și distanța dintre linii (S) erau de 0.1 mm sau mai puțin. Cu toate acestea, valorile standard actuale ale L și S în industria electronică pot fi de până la 60 μm, iar în cazuri avansate, valorile lor pot fi de până la 40 μm.

Cum să determinați materialul substratului PCB

Metoda tradițională de formare a diagramei de circuit este în procesul de imagistică și gravare. Odată cu aplicarea de substraturi subțiri de folie de cupru (cu o grosime în intervalul de la 9 μm la 12 μm), cea mai mică valoare a lui L și S ajunge la 30 μm.

Datorită costului ridicat al foliei subțiri de cupru CCL (Copper Clad Laminate) și a multor defecte ale stivei, mulți producători de PCB tind să utilizeze metoda de gravare a foliei de cupru, iar grosimea foliei de cupru este setată la 18μm. De fapt, această metodă nu este recomandată deoarece conține prea multe proceduri, grosimea este greu de controlat și duce la costuri mai mari. Ca rezultat, folia subțire de cupru este mai bună. În plus, atunci când valorile L și S ale plăcii sunt mai mici de 20μm, folia standard de cupru nu funcționează. În cele din urmă, se recomandă utilizarea foliei de cupru ultra-subțire, deoarece grosimea sa de cupru poate fi reglată în intervalul de la 3μm la 5μm.

Pe lângă grosimea foliei de cupru, circuitele de precizie curente necesită și o suprafață a foliei de cupru cu rugozitate scăzută. Pentru a îmbunătăți capacitatea de lipire între folia de cupru și materialul substrat și pentru a asigura rezistența la decojire a conductorului, prelucrarea brută este efectuată pe planul foliei de cupru, iar rugozitatea generală a foliei de cupru este mai mare de 5μm.

Încorporarea foliei de cupru cu cocoașă ca material de bază are ca scop îmbunătățirea rezistenței la exfoliere. Cu toate acestea, pentru a controla precizia plumbului departe de supragravarea în timpul gravării circuitului, acesta tinde să provoace poluanți cu cocoașe, care pot provoca un scurtcircuit între linii sau o scădere a capacității de izolație, care afectează în special circuitele fine. Prin urmare, este necesară o folie de cupru cu rugozitate scăzută (mai puțin de 3 μm sau chiar 1.5 μm).

Deși rugozitatea foliei de cupru este redusă, este totuși necesar să se păstreze rezistența la decojire a conductorului, ceea ce determină un tratament special de suprafață pe suprafața foliei de cupru și a materialului substrat, care ajută la asigurarea rezistenței la decojire a foliei de cupru. conductor.

• Cerințe pentru laminate dielectrice izolante

Una dintre principalele caracteristici tehnice ale PCB HDI constă în procesul de construcție. RCC (cupru acoperit cu rășină) sau pânză de sticlă epoxidică preimpregnată și laminarea foliei de cupru, utilizate în mod obișnuit, duc rareori la circuite fine. Acum este înclinat să utilizeze SAP și MSPA, ceea ce înseamnă aplicarea de placare cu cupru laminată cu film dielectric izolant pentru a produce planuri conductoare de cupru. Deoarece planul de cupru este subțire, pot fi produse circuite fine.

Unul dintre punctele cheie ale SAP este laminarea materialelor dielectrice. Pentru a îndeplini cerințele circuitelor de precizie de înaltă densitate, trebuie prezentate unele cerințe pentru materialele laminate, inclusiv proprietăți dielectrice, izolație, rezistență la căldură și lipire, precum și adaptabilitatea tehnică compatibilă cu PCB HDI.

În ambalarea globală a semiconductorilor, substraturile de ambalare IC sunt convertite din substraturi ceramice în substraturi organice. Pasul substraturilor pachetelor FC devine din ce în ce mai mic, astfel încât valoarea tipică curentă a lui L și S este de 15 μm și va fi mai mică.

Performanța substraturilor cu mai multe straturi ar trebui să sublinieze proprietățile dielectrice scăzute, coeficientul de dilatare termică scăzut (CTE) și rezistența ridicată la căldură, ceea ce se referă la substraturi cu costuri reduse care îndeplinesc obiectivele de performanță. În prezent, tehnologia de stivuire dielectrică izolatoare MSPA este combinată cu folie subțire de cupru pentru a fi utilizată în producția de masă a circuitelor de precizie. SAP este utilizat pentru a produce modele de circuite cu valori L și S mai mici de 10 μm.

Densitatea mare și subțirerea PCB-urilor au făcut ca PCB-urile HDI să treacă de la laminare cu miezuri la miezuri de orice strat. Pentru PCB-urile HDI cu aceeași funcție, aria și grosimea PCB-urilor interconectate pe orice strat sunt reduse cu 25% față de cele cu laminate de bază. Este necesar să se aplice un strat dielectric mai subțire cu proprietăți electrice mai bune în aceste două PCB-uri HDI.

Necesită export de la frecvență mare și viteză mare

Tehnologia comunicațiilor electronice variază de la cu fir la fără fir, de la frecvență joasă și viteză mică la frecvență mare și viteză mare. Performanța smartphone-urilor a evoluat de la 4G la 5G, necesitând viteze de transmisie mai mari și volume de transmisie mai mari.

Apariția erei globale cloud computing a dus la o creștere multiplă a traficului de date și există o tendință clară pentru echipamentele de comunicații de înaltă frecvență și viteză mare. Pentru a îndeplini cerințele de transmisie de înaltă frecvență și viteză mare, pe lângă reducerea interferenței și a consumului de semnal, integritatea semnalului și fabricarea sunt compatibile cu cerințele de proiectare ale designului PCB, materialele de înaltă performanță sunt cel mai important element.

Principala sarcină a unui inginer este de a reduce proprietățile pierderii semnalului electric pentru a crește viteza PCB și a rezolva problemele de integritate a semnalului. Pe baza celor peste zece ani de servicii de producție de la PCBCart, ca factor cheie care afectează alegerea materialului substratului, atunci când constanta dielectrică (Dk) este mai mică de 4 și pierderea dielectrică (Df) este mai mică de 0.010, este considerată ca un laminat Dk/Df intermediar Când Dk este mai mic de 3.7 și Df este mai mic de 0.005, este considerat un laminat Dk/Df scăzut. În prezent, pe piață sunt disponibile o varietate de materiale de substrat.

Până în prezent, există în principal trei tipuri de materiale de substrat pentru plăci de circuite de înaltă frecvență utilizate în mod obișnuit: rășini pe bază de fluor, rășini PPO sau PPE și rășini epoxidice modificate. Substraturile dielectrice din seria fluor, cum ar fi PTFE, au cele mai scăzute proprietăți dielectrice și sunt de obicei utilizate pentru produse cu o frecvență de 5 GHz sau mai mare. Rășina epoxidică modificată FR-4 sau substratul PPO este potrivit pentru produse cu un interval de frecvență de la 1GHz la 10GHz.

Comparând cele trei materiale de substrat de înaltă frecvență, rășina epoxidică are cel mai mic preț, deși rășina cu fluor are cel mai mare preț. În ceea ce privește constanta dielectrică, pierderea dielectrică, absorbția apei și caracteristicile de frecvență, rășinile pe bază de fluor funcționează cel mai bine, în timp ce rășinile epoxidice funcționează mai rău. Când frecvența aplicată de produs este mai mare de 10GHz, doar rășina pe bază de fluor va funcționa. Dezavantajele PTFE includ costul ridicat, rigiditatea slabă și coeficientul ridicat de dilatare termică.

Pentru PTFE, substanțele anorganice în vrac (cum ar fi siliciul) pot fi utilizate ca materiale de umplutură sau pânză de sticlă pentru a spori rigiditatea materialului substrat și pentru a reduce coeficientul de dilatare termică. În plus, din cauza inerției moleculelor de PTFE, este dificil ca moleculele de PTFE să se lege de folia de cupru, așa că trebuie realizat un tratament special de suprafață compatibil cu folia de cupru. Metoda de tratament este de a efectua gravarea chimică pe suprafața politetrafluoretilenei pentru a crește rugozitatea suprafeței sau de a adăuga un film adeziv pentru a crește capacitatea de aderență. Odată cu aplicarea acestei metode, proprietățile dielectrice pot fi afectate, iar întregul circuit de înaltă frecvență pe bază de fluor trebuie dezvoltat în continuare.

Rășină izolatoare unică compusă din rășină epoxidice modificată sau PPE și TMA, MDI și BMI, plus pânză de sticlă. Similar cu FR-4 CCL, are, de asemenea, rezistență excelentă la căldură și proprietăți dielectrice, rezistență mecanică și fabricabilitate PCB, toate acestea fiind mai populare decât substraturile pe bază de PTFE.

Pe lângă cerințele de performanță ale materialelor izolante, cum ar fi rășinile, rugozitatea suprafeței cuprului ca conductor este, de asemenea, un factor important care afectează pierderea transmisiei semnalului, care este rezultatul efectului pielii. Practic, efectul pielii este că inducția electromagnetică generată la transmisia semnalului de înaltă frecvență și conductorul inductiv devine atât de concentrat în centrul zonei secțiunii transversale a conductorului, iar curentul sau semnalul de antrenare este concentrat pe suprafata plumbului. Rugozitatea suprafeței conductorului joacă un rol cheie în influențarea pierderii semnalului de transmisie, iar rugozitatea scăzută duce la pierderi foarte mici.

La aceeași frecvență, rugozitatea mare a suprafeței cuprului va cauza pierderi mari de semnal. Prin urmare, rugozitatea cuprului de suprafață trebuie controlată în producția efectivă și ar trebui să fie cât mai mică posibil, fără a afecta aderența. O mare atenție trebuie acordată semnalelor în intervalul de frecvență de 10 GHz sau mai mare. Rugozitatea foliei de cupru trebuie să fie mai mică de 1μm și cel mai bine este să utilizați folie de cupru ultra-suprafață cu o rugozitate de 0.04μm. Rugozitatea suprafeței foliei de cupru trebuie combinată cu un tratament adecvat de oxidare și un sistem de rășină de lipire. În viitorul apropiat, poate exista o folie de cupru fără rășină acoperită cu profil, care are o rezistență mai mare la exfoliere pentru a preveni afectarea pierderii dielectrice.

Necesită rezistență termică ridicată și disipare mare

Odată cu tendința de dezvoltare a miniaturizării și funcționalității ridicate, echipamentele electronice tind să genereze mai multă căldură, astfel încât cerințele de management termic al echipamentelor electronice devin din ce în ce mai solicitante. Una dintre soluțiile la această problemă constă în cercetarea și dezvoltarea PCB-urilor conductoare termic. Condiția de bază pentru ca PCB să funcționeze bine în ceea ce privește rezistența la căldură și disiparea este rezistența la căldură și capacitatea de disipare a substratului. Îmbunătățirea actuală a conductibilității termice a PCB constă în îmbunătățirea adăugării de rășină și umplutură, dar funcționează doar într-o categorie limitată. Metoda tipică este utilizarea IMS sau PCB cu miez metalic, care acționează ca elemente de încălzire. În comparație cu radiatoarele și ventilatoarele tradiționale, această metodă are avantajele dimensiunilor reduse și costurilor reduse.

Aluminiul este un material foarte atractiv cu avantajele resurselor abundente, cost redus și conductivitate termică bună. Și intensitatea. În plus, este atât de prietenos cu mediul încât este folosit de majoritatea substraturilor metalice sau a miezurilor metalice. Datorită avantajelor economiei, conexiunii electrice fiabile, conductivității termice și rezistenței ridicate, fără lipire și fără plumb, plăcile de circuite pe bază de aluminiu au fost utilizate în produse de larg consum, automobile, consumabile militare și produse aerospațiale. Nu există nicio îndoială că cheia rezistenței la căldură și a performanței de disipare a substratului metalic constă în aderența dintre placa metalică și planul circuitului.

Cum să determinați materialul de substrat al PCB-ului dvs.?

În era electronică modernă, miniaturizarea și subțirerea dispozitivelor electronice a dus la apariția PCB-urilor rigide și a PCB-urilor flexibile/rigide. Deci, ce tip de material de substrat este potrivit pentru ei?

Zonele de aplicare crescute ale PCB-urilor rigide și ale PCB-urilor flexibile/rigide au adus noi cerințe în ceea ce privește cantitatea și performanța. De exemplu, peliculele de poliimidă pot fi clasificate în diverse categorii, inclusiv transparente, albe, negre și galbene, cu rezistență ridicată la căldură și coeficient scăzut de dilatare termică pentru aplicare în diferite situații. În mod similar, substratul de film poliester rentabil va fi acceptat de piață datorită elasticității sale ridicate, stabilității dimensionale, calității suprafeței filmului, cuplajului fotoelectric și rezistenței mediului, pentru a satisface nevoile în schimbare ale utilizatorilor.

Similar cu PCB-ul HDI rigid, PCB-ul flexibil trebuie să îndeplinească cerințele de transmitere a semnalului de mare viteză și de înaltă frecvență și trebuie acordată atenție constantei dielectrice și pierderii dielectrice a materialului substrat flexibil. Circuitul flexibil poate fi compus din politetrafluoretilenă și substrat avansat de poliimidă. La rășina poliimidă pot fi adăugate praf anorganic și fibră de carbon pentru a rezulta un substrat flexibil cu trei straturi conductiv termic. Materialul de umplutură anorganic poate fi nitrură de aluminiu, oxid de aluminiu sau nitrură de bor hexagonală. Acest tip de material substrat are o conductivitate termică de 1.51 W/mK, poate rezista la o tensiune de 2.5 kV și o curbură de 180 de grade.