Ako všetci vieme, základné vlastnosti o PCB (doska s plošnými spojmi) závisí od výkonu materiálu substrátu. Preto, aby sa zlepšil výkon dosky plošných spojov, musí sa najskôr optimalizovať výkon materiálu substrátu. Doteraz sa vyvíjajú a aplikujú rôzne nové materiály, ktoré spĺňajú požiadavky nových technológií a trendov na trhu.

V posledných rokoch prešli dosky plošných spojov transformáciou. Trh sa posunul najmä od tradičných hardvérových produktov, akými sú stolné počítače, k bezdrôtovej komunikácii, ako sú servery a mobilné terminály. Mobilné komunikačné zariadenia reprezentované inteligentnými telefónmi podporili vývoj vysokohustotných, ľahkých a multifunkčných PCB. Ak neexistuje žiadny podkladový materiál a jeho procesné požiadavky úzko súvisia s výkonom PCB, technológia tlačených obvodov sa nikdy neuskutoční. Preto výber materiálu substrátu hrá zásadnú úlohu pri poskytovaní kvality a spoľahlivosti DPS a konečného produktu.

Spĺňajú potreby vysokej hustoty a jemných línií

•Požiadavky na medenú fóliu

Všetky dosky plošných spojov smerujú k vyššej hustote a jemnejším obvodom, najmä HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Pred desiatimi rokmi bola HDI PCB definovaná ako PCB a jej šírka riadku (L) a riadkovanie (S) boli 0.1 mm alebo menej. Súčasné štandardné hodnoty L a S v elektronickom priemysle však môžu byť len 60 μm a v pokročilých prípadoch môžu byť ich hodnoty až 40 μm.

Ako určiť materiál substrátu PCB

Tradičná metóda tvorby schém zapojenia je v procese zobrazovania a leptania. Pri aplikácii tenkých medených fóliových substrátov (s hrúbkou v rozmedzí 9μm až 12μm) dosahuje najnižšia hodnota L a S 30μm.

Kvôli vysokým nákladom na tenkú medenú fóliu CCL (Copper Clad Laminate) a mnohým defektom v stohu majú mnohí výrobcovia PCB tendenciu používať metódu leptanej medenej fólie a hrúbka medenej fólie je nastavená na 18 μm. V skutočnosti sa táto metóda neodporúča, pretože obsahuje príliš veľa postupov, hrúbka sa ťažko kontroluje a vedie k vyšším nákladom. V dôsledku toho je tenká medená fólia lepšia. Navyše, keď sú hodnoty L a S dosky menšie ako 20 μm, štandardná medená fólia nefunguje. Nakoniec sa odporúča použiť ultratenkú medenú fóliu, pretože jej hrúbku medi je možné upraviť v rozmedzí 3μm až 5μm.

Súčasné presné obvody vyžadujú okrem hrúbky medenej fólie aj povrch medenej fólie s nízkou drsnosťou. Aby sa zlepšila schopnosť spojenia medzi medenou fóliou a materiálom substrátu a zabezpečila sa pevnosť vodiča v odlupovaní, hrubé spracovanie sa vykonáva na rovine medenej fólie a všeobecná drsnosť medenej fólie je väčšia ako 5 μm.

Vloženie hrboľatej medenej fólie ako základného materiálu má za cieľ zlepšiť jej pevnosť v odlupovaní. Aby však bolo možné kontrolovať presnosť elektródy pred nadmerným leptaním počas leptania obvodu, má tendenciu spôsobovať hrboľaté znečisťujúce látky, ktoré môžu spôsobiť skrat medzi vedeniami alebo zníženie izolačnej kapacity, čo postihuje najmä jemné obvody. Preto je potrebná medená fólia s nízkou drsnosťou (menej ako 3 μm alebo dokonca 1.5 μm).

Aj keď je drsnosť medenej fólie znížená, stále je potrebné zachovať pevnosť v odlupovaní vodiča, čo spôsobuje špeciálnu povrchovú úpravu na povrchu medenej fólie a podkladového materiálu, ktorá pomáha zabezpečiť pevnosť v odtrhávaní vodiča. vodič.

• Požiadavky na izolačné dielektrické lamináty

Jedna z hlavných technických charakteristík HDI PCB spočíva v procese konštrukcie. Bežne používaná RCC (meď potiahnutá živicou) alebo predimpregnovaná epoxidová sklenená tkanina a laminácia medenou fóliou zriedkavo vedú k jemným obvodom. Teraz sa prikláňa k použitiu SAP a MSPA, čo znamená použitie izolačného dielektrického filmu laminovaného bezprúdovým medeným pokovovaním na výrobu medených vodivých plôch. Pretože je medená rovina tenká, môžu sa vyrábať jemné obvody.

Jedným z kľúčových bodov SAP je laminovanie dielektrických materiálov. Aby sa splnili požiadavky na presné obvody s vysokou hustotou, musia sa na laminátové materiály predložiť niektoré požiadavky, vrátane dielektrických vlastností, izolácie, tepelnej odolnosti a lepenia, ako aj technickej prispôsobivosti kompatibilnej s HDI PCB.

V globálnom balení polovodičov sa obalové substráty IC premieňajú z keramických substrátov na organické substráty. Rozstup substrátov paketov FC je stále menší a menší, takže súčasná typická hodnota L a S je 15 μm a bude menšia.

Výkon viacvrstvových substrátov by mal zdôrazňovať nízke dielektrické vlastnosti, nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) a vysokú tepelnú odolnosť, čo sa týka lacných substrátov, ktoré spĺňajú výkonnostné ciele. V súčasnosti sa technológia MSPA izolačného dielektrického stohovania kombinuje s tenkou medenou fóliou, ktorá sa používa pri hromadnej výrobe presných obvodov. SAP sa používa na výrobu vzorov obvodov s hodnotami L aj S menšími ako 10 μm.

Vysoká hustota a tenkosť DPS ​​spôsobila, že HDI DPS prešli z laminácie s jadrami na jadrá akejkoľvek vrstvy. Pre HDI PCB s rovnakou funkciou je plocha a hrúbka PCB prepojených na ľubovoľnej vrstve znížená o 25 % v porovnaní s plošnými spojmi s jadrovými laminátmi. V týchto dvoch HDI DPS je potrebné naniesť tenšiu dielektrickú vrstvu s lepšími elektrickými vlastnosťami.

Vyžaduje export z vysokej frekvencie a vysokej rýchlosti

Elektronická komunikačná technológia siaha od káblovej po bezdrôtovú, od nízkej frekvencie a nízkej rýchlosti po vysokofrekvenčnú a vysokorýchlostnú. Výkon smartfónov sa vyvinul zo 4G na 5G, čo si vyžaduje vyššie prenosové rýchlosti a väčšie prenosové objemy.

Nástup globálnej éry cloud computingu viedol k mnohonásobnému nárastu dátovej prevádzky a existuje jasný trend pre vysokofrekvenčné a vysokorýchlostné komunikačné zariadenia. Aby sa splnili požiadavky vysokofrekvenčného a vysokorýchlostného prenosu, okrem zníženia rušenia a spotreby signálu, integrita signálu a výroba sú kompatibilné s konštrukčnými požiadavkami na návrh PCB, najdôležitejším prvkom sú vysokovýkonné materiály.

Hlavnou úlohou inžiniera je znížiť vlastnosti straty elektrického signálu, aby sa zvýšila rýchlosť PCB a vyriešili sa problémy s integritou signálu. Na základe viac ako desaťročných výrobných služieb spoločnosti PCBCart ako kľúčového faktora ovplyvňujúceho výber materiálu substrátu, keď je dielektrická konštanta (Dk) nižšia ako 4 a dielektrická strata (Df) je nižšia ako 0.010, považuje sa to za stredný laminát Dk/Df Keď je Dk nižší než 3.7 a Df nižší než 0.005, považuje sa to za laminát s nízkym Dk/Df. V súčasnosti sú na trhu dostupné rôzne substráty.

Doteraz existujú hlavne tri typy bežne používaných materiálov pre vysokofrekvenčné dosky plošných spojov: živice na báze fluóru, živice PPO alebo PPE a modifikované epoxidové živice. Dielektrické substráty série fluóru, ako je PTFE, majú najnižšie dielektrické vlastnosti a zvyčajne sa používajú pre produkty s frekvenciou 5 GHz alebo vyššou. Modifikovaný epoxidový substrát FR-4 alebo PPO je vhodný pre produkty s frekvenčným rozsahom 1GHz až 10GHz.

Pri porovnaní troch vysokofrekvenčných substrátových materiálov má epoxidová živica najnižšiu cenu, hoci najvyššiu cenu má fluórová živica. Pokiaľ ide o dielektrickú konštantu, dielektrickú stratu, absorpciu vody a frekvenčné charakteristiky, najlepšie fungujú živice na báze fluóru, zatiaľ čo epoxidové živice sú na tom horšie. Keď je frekvencia aplikovaná produktom vyššia ako 10 GHz, bude fungovať iba živica na báze fluóru. Nevýhody PTFE zahŕňajú vysokú cenu, nízku tuhosť a vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti.

V prípade PTFE možno použiť objemové anorganické látky (ako je oxid kremičitý) ako výplňové materiály alebo sklenenú tkaninu na zvýšenie tuhosti materiálu substrátu a zníženie koeficientu tepelnej rozťažnosti. Navyše, kvôli inertnosti molekúl PTFE je pre molekuly PTFE ťažké spojiť sa s medenou fóliou, takže je potrebné realizovať špeciálnu povrchovú úpravu kompatibilnú s medenou fóliou. Spôsob úpravy spočíva v chemickom leptaní povrchu polytetrafluóretylénu na zvýšenie drsnosti povrchu alebo pridanie adhézneho filmu na zvýšenie adhéznej schopnosti. Pri použití tejto metódy môžu byť ovplyvnené dielektrické vlastnosti a celý vysokofrekvenčný obvod na báze fluóru sa musí ďalej rozvíjať.

Jedinečná izolačná živica zložená z modifikovanej epoxidovej živice alebo PPE a TMA, MDI a BMI, plus sklenená tkanina. Podobne ako FR-4 CCL má tiež vynikajúcu tepelnú odolnosť a dielektrické vlastnosti, mechanickú pevnosť a vyrobiteľnosť PCB, vďaka čomu je obľúbenejší ako substráty na báze PTFE.

Okrem požiadaviek na výkon izolačných materiálov, ako sú živice, je drsnosť povrchu medi ako vodiča tiež dôležitým faktorom ovplyvňujúcim stratu prenosu signálu, ktorá je výsledkom efektu pokožky. Kožný efekt je v podstate taký, že elektromagnetická indukcia generovaná pri prenose vysokofrekvenčného signálu a indukčný vodič sa tak sústreďuje v strede prierezovej plochy vodiča a budiaci prúd alebo signál je zameraný na povrch olova. Drsnosť povrchu vodiča hrá kľúčovú úlohu pri ovplyvňovaní straty prenosového signálu a nízka drsnosť vedie k veľmi malým stratám.

Pri rovnakej frekvencii spôsobí vysoká drsnosť povrchu medi vysokú stratu signálu. Preto musí byť drsnosť povrchu medi kontrolovaná pri skutočnej výrobe a mala by byť čo najnižšia bez ovplyvnenia priľnavosti. Veľkú pozornosť je potrebné venovať signálom vo frekvenčnom rozsahu 10 GHz alebo vyššom. Požaduje sa, aby drsnosť medenej fólie bola menšia ako 1μm a najlepšie je použiť ultrapovrchovú medenú fóliu s drsnosťou 0.04μm. Drsnosť povrchu medenej fólie je potrebné kombinovať s vhodnou oxidačnou úpravou a spojivovým živicovým systémom. V blízkej budúcnosti môže existovať medená fólia bez profilovej živice, ktorá má vyššiu pevnosť v odlupovaní, aby sa zabránilo ovplyvneniu dielektrických strát.

Vyžaduje vysoký tepelný odpor a vysoký rozptyl

S vývojovým trendom miniaturizácie a vysokej funkčnosti majú elektronické zariadenia tendenciu generovať viac tepla, takže požiadavky na tepelný manažment elektronických zariadení sú čoraz náročnejšie. Jedno z riešení tohto problému spočíva vo výskume a vývoji tepelne vodivých PCB. Základnou podmienkou, aby DPS dobre fungovala z hľadiska tepelnej odolnosti a rozptylu tepla, je tepelná odolnosť a schopnosť rozptylu substrátu. Súčasné zlepšenie tepelnej vodivosti DPS spočíva v zlepšení pridávania živice a plniva, ale funguje len v obmedzenej kategórii. Typickou metódou je použitie IMS alebo PCB s kovovým jadrom, ktoré fungujú ako vykurovacie prvky. V porovnaní s tradičnými radiátormi a ventilátormi má táto metóda výhody malých rozmerov a nízkych nákladov.

Hliník je veľmi atraktívny materiál s výhodami bohatých zdrojov, nízkej ceny a dobrej tepelnej vodivosti. A intenzita. Navyše je natoľko šetrný k životnému prostrediu, že ho využíva väčšina kovových substrátov alebo kovových jadier. Vďaka výhodám hospodárnosti, spoľahlivému elektrickému spojeniu, tepelnej vodivosti a vysokej pevnosti, bezspájkované a bezolovnaté dosky plošných spojov na báze hliníka sa používajú v spotrebných výrobkoch, automobiloch, vojenských dodávkach a kozmických výrobkoch. Niet pochýb o tom, že kľúčom k tepelnej odolnosti a schopnosti rozptylu kovového substrátu je adhézia medzi kovovou doskou a rovinou obvodu.

Ako určiť materiál substrátu vašej dosky plošných spojov?

V modernom elektronickom veku viedla miniaturizácia a tenkosť elektronických zariadení k vzniku pevných PCB a flexibilných/pevných PCB. Aký druh podkladového materiálu je teda pre nich vhodný?

Rozšírené oblasti použitia pevných DPS a flexibilných/pevných DPS priniesli nové požiadavky z hľadiska množstva a výkonu. Napríklad polyimidové fólie možno klasifikovať do rôznych kategórií, vrátane priehľadných, bielych, čiernych a žltých, s vysokou tepelnou odolnosťou a nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti na použitie v rôznych situáciách. Podobne bude trh akceptovaný nákladovo efektívny polyesterový filmový substrát kvôli svojej vysokej elasticite, rozmerovej stabilite, kvalite povrchu filmu, fotoelektrickej väzbe a odolnosti voči životnému prostrediu, aby vyhovoval meniacim sa potrebám používateľov.

Podobne ako tuhá HDI DPS, aj flexibilná DPS musí spĺňať požiadavky na vysokorýchlostný a vysokofrekvenčný prenos signálu a treba venovať pozornosť dielektrickej konštante a dielektrickej strate pružného materiálu substrátu. Flexibilný obvod môže byť zložený z polytetrafluóretylénu a pokročilého polyimidového substrátu. Do polyimidovej živice možno pridať anorganický prach a uhlíkové vlákna, čím sa získa trojvrstvový flexibilný tepelne vodivý substrát. Anorganickým plniacim materiálom môže byť nitrid hliníka, oxid hlinitý alebo hexagonálny nitrid bóru. Tento typ podkladového materiálu má tepelnú vodivosť 1.51 W/mK, odolá napätiu 2.5 kV a zakriveniu 180 stupňov.