Kot vsi vemo, so osnovne lastnosti PCB (tiskano vezje) je odvisen od zmogljivosti njegovega materiala podlage. Zato je treba za izboljšanje zmogljivosti vezja najprej optimizirati zmogljivost materiala podlage. Doslej se razvijajo in uporabljajo različni novi materiali, ki ustrezajo zahtevam novih tehnologij in tržnih trendov.

V zadnjih letih so tiskana vezja doživela preobrazbo. Trg se je v glavnem premaknil s tradicionalnih izdelkov strojne opreme, kot so namizni računalniki, na brezžične komunikacije, kot so strežniki in mobilni terminali. Mobilne komunikacijske naprave, ki jih predstavljajo pametni telefoni, so spodbudile razvoj visoko gostote, lahkih in večnamenskih PCB. Če ni materiala za substrat in so njegove procesne zahteve tesno povezane z zmogljivostjo tiskanega vezja, tehnologija tiskanega vezja ne bo nikoli realizirana. Zato ima izbira materiala podlage ključno vlogo pri zagotavljanju kakovosti in zanesljivosti PCB in končnega izdelka.

Zadovoljite potrebe po visoki gostoti in finih linijah

•Zahteve za bakreno folijo

Vse PCB plošče se premikajo v smeri višje gostote in finejših vezij, zlasti HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Pred desetimi leti je bil HDI PCB opredeljen kot PCB, njegova širina vrstic (L) in razmik (S) pa sta bila 0.1 mm ali manj. Vendar pa so trenutne standardne vrednosti L in S v elektronski industriji lahko majhne do 60 μm, v naprednih primerih pa so lahko njune vrednosti tudi do 40 μm.

Kako določiti material podlage za PCB

Tradicionalna metoda oblikovanja diagrama vezja je v procesu slikanja in jedkanja. Z nanosom substratov iz tanke bakrene folije (z debelino v območju od 9 μm do 12 μm) najnižja vrednost L in S doseže 30 μm.

Zaradi visokih stroškov tanke bakrene folije CCL (Copper Clad Laminate) in številnih napak v nizu mnogi proizvajalci PCB uporabljajo metodo jedkane bakrene folije, debelina bakrene folije pa je nastavljena na 18 μm. Pravzaprav ta metoda ni priporočljiva, ker vsebuje preveč postopkov, debelino je težko nadzorovati in vodi v višje stroške. Zaradi tega je boljša tanka bakrena folija. Poleg tega, ko so vrednosti L in S plošče manjše od 20 μm, standardna bakrena folija ne deluje. Na koncu je priporočljiva uporaba ultra tanke bakrene folije, saj je njena debelina bakra nastavljiva v območju od 3 μm do 5 μm.

Poleg debeline bakrene folije trenutna precizna vezja zahtevajo tudi površino bakrene folije z nizko hrapavostjo. Da bi izboljšali sposobnost lepljenja med bakreno folijo in materialom podlage ter zagotovili trdnost vodnika na luščenje, se na ravnini bakrene folije izvede groba obdelava, splošna hrapavost bakrene folije pa je večja od 5 μm.

Namen vgradnje bakrene folije kot osnovnega materiala je izboljšati njeno trdnost pri luščenju. Vendar, da bi nadzorovali natančnost vodnika, stran od prekomernega jedkanja med jedkanjem vezja, povzroča onesnaževala z grbinami, ki lahko povzročijo kratek stik med linijami ali zmanjšanje izolacijske zmogljivosti, kar še posebej vpliva na fina vezja. Zato je potrebna bakrena folija z nizko hrapavostjo (manj kot 3 μm ali celo 1.5 μm).

Čeprav je hrapavost bakrene folije zmanjšana, je še vedno treba ohraniti trdnost vodnika na luščenje, kar povzroči posebno površinsko obdelavo površine bakrene folije in materiala podlage, kar pripomore k zagotavljanju luščilne trdnosti vodnika. dirigent.

• Zahteve za izolacijo dielektričnih laminatov

Ena glavnih tehničnih značilnosti HDI PCB je v procesu gradnje. Običajno uporabljena RCC (baker, prevlečen s smolo) ali prepreg epoksi steklena krpa in laminacija bakrene folije redko vodita do finih tokokrogov. Zdaj je nagnjena k uporabi SAP in MSPA, kar pomeni uporabo izolacijskega dielektričnega filma, laminiranega brezelektričnega bakra za izdelavo bakrenih prevodnih ravnin. Ker je bakrena ravnina tanka, je mogoče izdelati fina vezja.

Ena od ključnih točk SAP je laminiranje dielektričnih materialov. Da bi izpolnili zahteve natančnih vezij z visoko gostoto, je treba za laminatne materiale postaviti nekatere zahteve, vključno z dielektričnimi lastnostmi, izolacijo, toplotno odpornostjo in lepljenjem ter tehnično prilagodljivostjo, združljivo s HDI PCB.

V globalni polprevodniški embalaži se substrati za embalažo IC pretvorijo iz keramičnih substratov v organske substrate. Nagib substratov FC paketov postaja vse manjši, zato je trenutna tipična vrednost L in S 15 μm in bo manjša.

Učinkovitost večslojnih substratov mora poudariti nizke dielektrične lastnosti, nizek koeficient toplotnega raztezanja (CTE) in visoko toplotno odpornost, kar se nanaša na nizkocenovne podlage, ki izpolnjujejo cilje zmogljivosti. Danes je tehnologija dielektričnega zlaganja izolacije MSPA kombinirana s tanko bakreno folijo, ki se uporablja v množični proizvodnji preciznih vezij. SAP se uporablja za izdelavo vzorcev vezij z vrednostmi L in S manj kot 10 μm.

Visoka gostota in tankost PCB-jev je povzročila prehod HDI PCB-jev iz laminacije z jedri na jedra katere koli plasti. Za HDI PCB z enako funkcijo se površina in debelina PCB-jev, ki so medsebojno povezani na kateri koli plasti, zmanjšata za 25 % v primerjavi s tistimi z jedrnimi laminati. V teh dveh HDI PCB-jih je treba nanesti tanjši dielektrični sloj z boljšimi električnimi lastnostmi.

Zahteva izvoz iz visoke frekvence in visoke hitrosti

Elektronska komunikacijska tehnologija sega od žične do brezžične, od nizke frekvence in nizke hitrosti do visoke frekvence in visoke hitrosti. Učinkovitost pametnih telefonov se je iz 4G razvila v 5G, kar zahteva večje hitrosti prenosa in večjo količino prenosa.

Prihod globalne dobe računalništva v oblaku je privedel do večkratnega povečanja podatkovnega prometa in obstaja jasen trend za visokofrekvenčno in visokohitrostno komunikacijsko opremo. Da bi izpolnili zahteve visokofrekvenčnega in hitrega prenosa, so poleg zmanjšanja motenj in porabe signala, celovitost signala in proizvodnja združljivi z zahtevami načrtovanja zasnove PCB, so visokozmogljivi materiali najpomembnejši element.

Glavna naloga inženirja je zmanjšati lastnosti izgube električnega signala, da bi povečali hitrost PCB in rešili težave z integriteto signala. Glede na več kot desetletne proizvodne storitve PCBCart, kot ključni dejavnik, ki vpliva na izbiro materiala podlage, se šteje, da je dielektrična konstanta (Dk) nižja od 4 in je dielektrična izguba (Df) nižja od 0.010. vmesni laminat Dk/Df Kadar je Dk nižji od 3.7 in Df nižji od 0.005, se šteje za laminat z nizko Dk/Df. Trenutno so na trgu na voljo različni materiali za substrate.

Zaenkrat obstajajo predvsem tri vrste običajno uporabljenih materialov za substrat visokofrekvenčnih vezij: smole na osnovi fluora, smole PPO ali PPE in modificirane epoksidne smole. Dielektrični substrati serije fluora, kot je PTFE, imajo najnižje dielektrične lastnosti in se običajno uporabljajo za izdelke s frekvenco 5 GHz ali več. Modificiran substrat iz epoksi smole FR-4 ali PPO je primeren za izdelke s frekvenčnim območjem od 1 GHz do 10 GHz.

V primerjavi s tremi visokofrekvenčnimi substratnimi materiali ima epoksi smola najnižjo ceno, čeprav ima fluorova smola najvišjo ceno. Glede dielektrične konstante, dielektrične izgube, absorpcije vode in frekvenčnih lastnosti se najbolje obnesejo smole na osnovi fluora, slabše pa epoksidne smole. Ko je frekvenca, ki jo uporablja izdelek, višja od 10 GHz, bo delovala samo smola na osnovi fluora. Pomanjkljivosti PTFE vključujejo visoke stroške, slabo togost in visok koeficient toplotnega raztezanja.

Za PTFE se lahko razsute anorganske snovi (kot je silicijev dioksid) uporabijo kot polnilni materiali ali steklena tkanina, da se poveča togost materiala podlage in zmanjša koeficient toplotnega raztezanja. Poleg tega se zaradi inertnosti molekul PTFE težko vežejo molekule PTFE z bakreno folijo, zato je treba izvesti posebno površinsko obdelavo, ki je združljiva z bakreno folijo. Metoda obdelave je kemično jedkanje na površini politetrafluoroetilena za povečanje hrapavosti površine ali dodajanje lepilnega filma za povečanje adhezijske sposobnosti. Z uporabo te metode lahko vplivamo na dielektrične lastnosti, zato je treba celotno visokofrekvenčno vezje na osnovi fluora dodatno razviti.

Edinstvena izolacijska smola, sestavljena iz modificirane epoksidne smole ali PPE in TMA, MDI in BMI, plus steklena tkanina. Podobno kot FR-4 CCL ima tudi odlično toplotno odpornost in dielektrične lastnosti, mehansko trdnost in izdelljivost PCB, zaradi česar je bolj priljubljen kot substrati na osnovi PTFE.

Poleg zahtev glede zmogljivosti izolacijskih materialov, kot so smole, je tudi hrapavost površine bakra kot prevodnika pomemben dejavnik, ki vpliva na izgubo prenosa signala, ki je posledica učinka kože. V bistvu je kožni učinek, da se elektromagnetna indukcija, ki nastane pri prenosu visokofrekvenčnega signala in induktivnega kabla, tako koncentrira v središču preseka elektrode, pogonski tok ali signal pa je osredotočen na površino svinca. Površinska hrapavost vodnika ima ključno vlogo pri vplivanju na izgubo prenosnega signala, nizka hrapavost pa vodi do zelo majhnih izgub.

Pri isti frekvenci bo velika hrapavost površine bakra povzročila veliko izgubo signala. Zato je treba v dejanski proizvodnji nadzorovati hrapavost površinskega bakra in mora biti čim nižja, ne da bi vplivala na oprijem. Veliko pozornost je treba nameniti signalom v frekvenčnem območju 10 GHz ali več. Hrapavost bakrene folije mora biti manjša od 1 μm, najbolje pa je uporabiti ultra površinsko bakreno folijo z hrapavostjo 0.04 μm. Površinsko hrapavost bakrene folije je treba kombinirati z ustrezno oksidacijsko obdelavo in sistemom lepilne smole. V bližnji prihodnosti lahko pride do bakrene folije brez profilirane smole, ki ima večjo trdnost na luščenje, da prepreči vpliva na dielektrične izgube.

Zahteva visoko toplotno odpornost in visoko disipacijo

S trendom razvoja miniaturizacije in visoke funkcionalnosti elektronska oprema nagiba k ustvarjanju več toplote, zato postajajo zahteve za termično upravljanje elektronske opreme vse bolj zahtevne. Ena od rešitev tega problema je v raziskavah in razvoju toplotno prevodnih PCB-jev. Osnovni pogoj za dobro delovanje PCB glede toplotne odpornosti in odvajanja je toplotna odpornost in sposobnost odvajanja substrata. Trenutno izboljšanje toplotne prevodnosti PCB je v izboljšanju dodajanja smole in polnila, vendar deluje le v omejeni kategoriji. Tipična metoda je uporaba IMS ali PCB s kovinskim jedrom, ki delujejo kot grelni elementi. V primerjavi s tradicionalnimi radiatorji in ventilatorji ima ta metoda prednosti majhne velikosti in nizke cene.

Aluminij je zelo privlačen material s prednostmi bogatih virov, nizke cene in dobre toplotne prevodnosti. In intenzivnost. Poleg tega je tako okolju prijazen, da ga uporablja večina kovinskih podlag ali kovinskih jeder. Zaradi prednosti ekonomičnosti, zanesljive električne povezave, toplotne prevodnosti in visoke trdnosti, brez spajkanja in svinca, se vezja na osnovi aluminija uporabljajo v potrošniških izdelkih, avtomobilih, vojaških zalogah in letalskih izdelkih. Ni dvoma, da je ključ do toplotne odpornosti in razpršitve kovinske podlage v oprijemu med kovinsko ploščo in ravnino vezja.

Kako določiti material podlage za vaš PCB?

V sodobni elektronski dobi sta miniaturizacija in tankost elektronskih naprav privedla do pojava trdih PCB-jev in fleksibilnih/trdih PCB-jev. Kakšna vrsta substrata je torej primerna zanje?

Povečana področja uporabe trdih PCB-jev in fleksibilnih/trdih PCB-jev so prinesla nove zahteve glede količine in zmogljivosti. Na primer, poliimidne folije lahko razvrstimo v različne kategorije, vključno s prozornimi, belimi, črnimi in rumenimi, z visoko toplotno odpornostjo in nizkim koeficientom toplotnega raztezanja za uporabo v različnih situacijah. Podobno bo trg zaradi visoke elastičnosti, dimenzijske stabilnosti, kakovosti površine filma, fotoelektrične sklopke in okoljske odpornosti sprejel cenovno ugoden poliestrski filmski substrat, da bi zadovoljil spreminjajoče se potrebe uporabnikov.

Podobno kot togi HDI PCB mora tudi fleksibilna tiskana vezja izpolnjevati zahteve po hitrem in visokofrekvenčnem prenosu signala, pozornost pa je treba nameniti dielektrični konstanti in dielektrični izgubi fleksibilnega materiala podlage. Prilagodljivo vezje je lahko sestavljeno iz politetrafluoroetilena in naprednega poliimidnega substrata. Poliimidni smoli lahko dodamo anorganski prah in ogljikova vlakna, da dobimo trislojno fleksibilno toplotno prevodno podlago. Anorganski polnilni material je lahko aluminijev nitrid, aluminijev oksid ali heksagonalni borov nitrid. Ta vrsta substratnega materiala ima toplotno prevodnost 1.51 W/mK, lahko se upre napetosti 2.5 kV in ukrivljenosti 180 stopinj.