As we all know, the basic properties of печатная плата (печатная плата) зависит от характеристик материала ее подложки. Следовательно, чтобы улучшить характеристики печатной платы, сначала необходимо оптимизировать характеристики материала подложки. На данный момент разрабатываются и применяются различные новые материалы, отвечающие требованиям новых технологий и рыночных тенденций.

В последние годы печатные платы претерпели трансформацию. Рынок в основном переместился с традиционных аппаратных продуктов, таких как настольные компьютеры, на беспроводную связь, такую ​​как серверы и мобильные терминалы. Устройства мобильной связи, представленные смартфонами, способствовали разработке высокоплотных, легких и многофункциональных печатных плат. Если нет материала подложки, а технологические требования к нему тесно связаны с характеристиками печатной платы, технология печатных схем никогда не будет реализована. Следовательно, выбор материала подложки играет жизненно важную роль в обеспечении качества и надежности печатной платы и конечного продукта.

Meet the needs of high density and fine lines

• Требования к медной фольге

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

Традиционный метод формирования принципиальной схемы – это процесс визуализации и травления. При использовании тонких подложек из медной фольги (толщиной от 9 до 12 мкм) минимальные значения L и S достигают 30 мкм.

Из-за высокой стоимости тонкой медной фольги CCL (Copper Clad Laminate) и большого количества дефектов в стеке многие производители печатных плат склонны использовать метод травления медной фольги, а толщина медной фольги установлена ​​на 18 мкм. Фактически, этот метод не рекомендуется, потому что он содержит слишком много процедур, толщину трудно контролировать и приводит к более высоким затратам. В результате лучше использовать тонкую медную фольгу. Кроме того, если значения L и S платы меньше 20 мкм, стандартная медная фольга не работает. Наконец, рекомендуется использовать ультратонкую медную фольгу, поскольку ее толщину можно регулировать в диапазоне от 3 мкм до 5 мкм.

В дополнение к толщине медной фольги для прецизионных схем тока также требуется поверхность из медной фольги с низкой шероховатостью. Чтобы улучшить скрепляющую способность между медной фольгой и материалом подложки и обеспечить сопротивление отслаиванию проводника, на плоскости медной фольги выполняется грубая обработка, и общая шероховатость медной фольги превышает 5 мкм.

Использование медной фольги с выступом в качестве основного материала направлено на улучшение ее прочности на отслаивание. Однако, чтобы контролировать точность выводов от чрезмерного травления во время травления схемы, это имеет тенденцию вызывать загрязнение горба, что может вызвать короткое замыкание между линиями или снижение изоляционной способности, что особенно влияет на тонкие схемы. Поэтому требуется медная фольга с небольшой шероховатостью (менее 3 мкм или даже 1.5 мкм).

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.

• Требования к изоляционным диэлектрическим ламинатам.

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.

Одним из ключевых моментов SAP является ламинирование диэлектрических материалов. Чтобы соответствовать требованиям к прецизионным схемам высокой плотности, необходимо выдвинуть некоторые требования к ламинатным материалам, включая диэлектрические свойства, изоляцию, термостойкость и сцепление, а также техническую адаптируемость, совместимую с печатными платами HDI.

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.

Высокая плотность и тонкость печатных плат привели к тому, что печатные платы HDI перешли от ламинирования с сердечниками к сердечникам любого слоя. Для печатных плат HDI с той же функцией площадь и толщина печатных плат, соединенных между собой на любом слое, уменьшаются на 25% по сравнению с печатными платами с сердечником из ламината. В этих двух печатных платах HDI необходимо нанести более тонкий диэлектрический слой с лучшими электрическими свойствами.

Requires export from high frequency and high speed

Технологии электронной связи варьируются от проводных до беспроводных, от низкочастотных и низкоскоростных до высокочастотных и высокоскоростных. Производительность смартфонов изменилась с 4G на 5G, что требует более высоких скоростей передачи и больших объемов передачи.

Наступление глобальной эры облачных вычислений привело к многократному увеличению трафика данных, и существует четкая тенденция к высокочастотному и высокоскоростному коммуникационному оборудованию. Чтобы соответствовать требованиям высокочастотной и высокоскоростной передачи, помимо уменьшения помех и потребления сигнала, целостности сигнала и производства, совместимых с конструктивными требованиями к конструкции печатной платы, наиболее важным элементом являются высококачественные материалы.

Основная задача инженера – уменьшить свойства потерь электрического сигнала, чтобы увеличить скорость печатной платы и решить проблемы целостности сигнала. Основываясь на более чем десятилетнем опыте производственного обслуживания PCBCart, как ключевой фактор, влияющий на выбор материала подложки, когда диэлектрическая проницаемость (Dk) ниже 4, а диэлектрические потери (Df) ниже 0.010, это рассматривается как промежуточный ламинат Dk / Df. Когда Dk ниже 3.7 и Df ниже 0.005, он считается ламинатом с низким Dk / Df. В настоящее время на рынке доступны самые разные материалы для подложек.

На данный момент в основном используются три типа материалов подложки для высокочастотных печатных плат: смолы на основе фтора, смолы PPO или PPE и модифицированные эпоксидные смолы. Диэлектрические подложки фторсодержащего ряда, такие как ПТФЭ, имеют самые низкие диэлектрические свойства и обычно используются для изделий с частотой 5 ГГц или выше. Подложка из модифицированной эпоксидной смолы FR-4 или PPO подходит для продуктов с частотным диапазоном от 1 ГГц до 10 ГГц.

По сравнению с тремя материалами подложки для высоких частот, эпоксидная смола имеет самую низкую цену, хотя фторсодержащая смола имеет самую высокую цену. С точки зрения диэлектрической проницаемости, диэлектрических потерь, водопоглощения и частотных характеристик лучше всего работают фторсодержащие смолы, а хуже – эпоксидные. Когда частота, подаваемая продуктом, превышает 10 ГГц, подойдет только фторсодержащая смола. К недостаткам ПТФЭ можно отнести высокую стоимость, низкую жесткость и высокий коэффициент теплового расширения.

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.

Помимо требований к характеристикам изоляционных материалов, таких как смолы, шероховатость поверхности меди как проводника также является важным фактором, влияющим на потери при передаче сигнала, которые являются результатом скин-эффекта. По сути, скин-эффект заключается в том, что электромагнитная индукция, генерируемая при передаче высокочастотного сигнала, и индуктивный вывод концентрируется в центре площади поперечного сечения вывода, а ток или сигнал возбуждения фокусируются на проводе. поверхность свинца. Шероховатость поверхности проводника играет ключевую роль во влиянии на потери передаваемого сигнала, а низкая шероховатость приводит к очень небольшим потерям.

На той же частоте высокая шероховатость поверхности меди вызовет большие потери сигнала. Следовательно, шероховатость поверхности меди должна контролироваться при реальном производстве, и она должна быть как можно ниже, не влияя на адгезию. Особое внимание следует уделять сигналам в диапазоне частот 10 ГГц и выше. Шероховатость медной фольги должна быть менее 1 мкм, и лучше всего использовать сверхповерхностную медную фольгу с шероховатостью 0.04 мкм. Шероховатость поверхности медной фольги должна сочетаться с подходящей системой окислительной обработки и связующей смолой. В ближайшем будущем может появиться медная фольга без смолы с профильным покрытием, которая имеет более высокую прочность на отслаивание, чтобы предотвратить влияние диэлектрических потерь.

Требуется высокое тепловое сопротивление и высокое рассеивание

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.

Алюминий – очень привлекательный материал, преимуществами которого являются богатые ресурсы, низкая стоимость и хорошая теплопроводность. И интенсивность. Кроме того, он настолько экологичен, что используется в большинстве металлических подложек или металлических сердечников. Благодаря преимуществам экономии, надежного электрического соединения, теплопроводности и высокой прочности, не содержащие припоя и свинца печатные платы на основе алюминия используются в потребительских товарах, автомобилях, военных расходных материалах и аэрокосмической продукции. Нет сомнений в том, что ключом к тепловому сопротивлению и характеристикам рассеивания металлической подложки является адгезия между металлической пластиной и плоскостью схемы.

Как определить материал подложки вашей печатной платы?

В современную электронную эпоху миниатюризация и тонкость электронных устройств привели к появлению жестких печатных плат и гибких / жестких печатных плат. Итак, какой тип материала подложки для них подходит?

Расширение областей применения жестких печатных плат и гибких / жестких печатных плат предъявило новые требования с точки зрения количества и производительности. Например, полиимидные пленки можно разделить на различные категории, включая прозрачные, белые, черные и желтые, с высокой термостойкостью и низким коэффициентом теплового расширения для применения в различных ситуациях. Точно так же экономичная основа из полиэфирной пленки будет принята рынком благодаря ее высокой эластичности, стабильности размеров, качеству поверхности пленки, фотоэлектрической связи и устойчивости к окружающей среде, чтобы удовлетворить меняющиеся потребности пользователей.

Подобно жесткой печатной плате HDI, гибкая печатная плата должна отвечать требованиям высокоскоростной и высокочастотной передачи сигналов, и необходимо уделять внимание диэлектрической проницаемости и диэлектрическим потерям гибкого материала подложки. Гибкая схема может состоять из политетрафторэтилена и подложки из усовершенствованного полиимида. К полиимидной смоле можно добавить неорганическую пыль и углеродное волокно, чтобы получить трехслойную гибкую теплопроводящую основу. Неорганический наполнитель может быть нитридом алюминия, оксидом алюминия или гексагональным нитридом бора. Этот тип материала подложки имеет теплопроводность 1.51 Вт / мК, выдерживает напряжение 2.5 кВ и изгиб 180 градусов.