อย่างที่เราทราบกันดี คุณสมบัติพื้นฐานของ PCB (แผงวงจรพิมพ์) ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของวัสดุพิมพ์ ดังนั้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงวงจร ประสิทธิภาพของวัสดุพื้นผิวต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมก่อน จนถึงขณะนี้ มีการพัฒนาและปรับใช้วัสดุใหม่หลายอย่างเพื่อตอบสนองความต้องการของเทคโนโลยีใหม่และแนวโน้มของตลาด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แผงวงจรพิมพ์ได้รับการเปลี่ยนแปลง ตลาดส่วนใหญ่เปลี่ยนจากผลิตภัณฑ์ฮาร์ดแวร์แบบดั้งเดิม เช่น คอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปไปเป็นการสื่อสารไร้สาย เช่น เซิร์ฟเวอร์และเทอร์มินัลมือถือ อุปกรณ์สื่อสารเคลื่อนที่ที่แสดงโดยสมาร์ทโฟนได้ส่งเสริมการพัฒนา PCB ที่มีความหนาแน่นสูง น้ำหนักเบา และใช้งานได้หลากหลาย หากไม่มีวัสดุพิมพ์ และข้อกำหนดของกระบวนการเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของ PCB อย่างใกล้ชิด เทคโนโลยีวงจรพิมพ์จะไม่เกิดขึ้น ดังนั้น การเลือกใช้วัสดุรองพื้นจึงมีบทบาทสำคัญในการจัดหาคุณภาพและความน่าเชื่อถือของ PCB และผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ตอบโจทย์ความต้องการเส้นหนาและละเอียด

•ข้อกำหนดสำหรับฟอยล์ทองแดง

บอร์ด PCB ทั้งหมดกำลังเคลื่อนไปสู่ความหนาแน่นที่สูงขึ้นและวงจรที่ละเอียดยิ่งขึ้น โดยเฉพาะ HDI PCB (PCB การเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นสูง) เมื่อสิบปีที่แล้ว HDI PCB ถูกกำหนดให้เป็น PCB และความกว้างของเส้น (L) และระยะห่างระหว่างบรรทัด (S) คือ 0.1 มม. หรือน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ค่ามาตรฐานปัจจุบันของ L และ S ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์อาจมีขนาดเล็กถึง 60 ไมโครเมตร และในกรณีขั้นสูง ค่าของค่าดังกล่าวอาจต่ำถึง 40 ไมโครเมตร

วิธีการกำหนดวัสดุพื้นผิว PCB ของคุณ

วิธีการดั้งเดิมของการสร้างแผนภาพวงจรอยู่ในกระบวนการสร้างภาพและการแกะสลัก ด้วยการใช้พื้นผิวฟอยล์ทองแดงแบบบาง (ที่มีความหนาในช่วง9μmถึง12μm) ค่าต่ำสุดของ L และ S ถึง30μm

เนื่องจาก CCL ฟอยล์ทองแดงบาง (Copper Clad Laminate) มีราคาสูงและมีข้อบกพร่องมากมายในสแต็ก ผู้ผลิต PCB จำนวนมากจึงมักใช้วิธีแกะสลักและฟอยล์ทองแดง และความหนาของฟอยล์ทองแดงตั้งไว้ที่18μm อันที่จริง ไม่แนะนำให้ใช้วิธีนี้เพราะมีขั้นตอนมากเกินไป ควบคุมความหนาได้ยาก และนำไปสู่ต้นทุนที่สูงขึ้น เป็นผลให้ฟอยล์ทองแดงบาง ๆ ดีกว่า นอกจากนี้ เมื่อค่า L และ S ของบอร์ดน้อยกว่า 20μm ฟอยล์ทองแดงมาตรฐานจะไม่ทำงาน สุดท้าย ขอแนะนำให้ใช้ฟอยล์ทองแดงที่บางเฉียบ เนื่องจากความหนาของทองแดงสามารถปรับได้ในช่วง 3μm ถึง 5μm

นอกจากความหนาของฟอยล์ทองแดงแล้ว วงจรความแม่นยำในปัจจุบันยังต้องการพื้นผิวฟอยล์ทองแดงที่มีความหยาบต่ำ เพื่อปรับปรุงความสามารถในการยึดติดระหว่างฟอยล์ทองแดงและวัสดุตั้งต้น และให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงในการลอกของตัวนำ การประมวลผลแบบหยาบจะดำเนินการบนระนาบฟอยล์ทองแดง และความหยาบทั่วไปของฟอยล์ทองแดงมากกว่า 5μm

การฝังฟอยล์ทองแดงแบบโคกเป็นวัสดุฐานมีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของการลอก อย่างไรก็ตาม เพื่อควบคุมความแม่นยำของตะกั่วให้ห่างจากการกัดเซาะมากเกินไปในระหว่างการกัดวงจร มันมักจะก่อให้เกิดมลพิษโคก ซึ่งอาจทำให้ไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างเส้นหรือความจุของฉนวนลดลง ซึ่งส่งผลต่อวงจรละเอียดโดยเฉพาะ ดังนั้นจำเป็นต้องใช้ฟอยล์ทองแดงที่มีความหยาบต่ำ (น้อยกว่า 3 ไมโครเมตรหรือ 1.5 ไมโครเมตร)

แม้ว่าความหยาบของฟอยล์ทองแดงจะลดลง แต่ก็ยังจำเป็นต้องรักษาความแข็งแรงในการลอกของตัวนำไว้ ซึ่งทำให้เกิดการรักษาพื้นผิวพิเศษบนพื้นผิวของฟอยล์ทองแดงและวัสดุตั้งต้น ซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงความแข็งแรงในการลอกของ ตัวนำ

• ข้อกำหนดสำหรับฉนวนลามิเนตอิเล็กทริก

ลักษณะทางเทคนิคหลักของ HDI PCB อยู่ในขั้นตอนการก่อสร้าง RCC ที่ใช้กันทั่วไป (ทองแดงเคลือบเรซิน) หรือผ้าแก้วอีพ็อกซี่พรีเพกและการเคลือบฟอยล์ทองแดงไม่ค่อยทำให้เกิดวงจรที่ดี ปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะใช้ SAP และ MSPA ซึ่งหมายถึงการใช้ฟิล์มอิเล็กทริกที่เป็นฉนวนเคลือบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าเพื่อผลิตระนาบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทองแดง เนื่องจากระนาบทองแดงมีความบาง จึงสามารถผลิตวงจรละเอียดได้

ประเด็นสำคัญประการหนึ่งของ SAP คือการเคลือบวัสดุอิเล็กทริก เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของวงจรความเที่ยงตรงที่มีความหนาแน่นสูง ต้องมีการนำเสนอข้อกำหนดบางประการสำหรับวัสดุลามิเนต ซึ่งรวมถึงคุณสมบัติของไดอิเล็กตริก ฉนวน ความต้านทานความร้อนและการยึดติด ตลอดจนความสามารถในการปรับตัวทางเทคนิคที่เข้ากันได้กับ HDI PCB

ในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลก ซับสเตรตบรรจุภัณฑ์ IC จะถูกแปลงจากซับสเตรตเซรามิกไปเป็นซับสเตรตอินทรีย์ ระยะพิทช์ของซับสเตรตแพ็คเกจ FC เริ่มเล็กลงเรื่อยๆ ดังนั้นค่าทั่วไปในปัจจุบันของ L และ S คือ 15 ไมโครเมตร และจะเล็กลง

ประสิทธิภาพของพื้นผิวหลายชั้นควรเน้นที่คุณสมบัติของไดอิเล็กทริกต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ต่ำ และความต้านทานความร้อนสูง ซึ่งหมายถึงวัสดุพิมพ์ต้นทุนต่ำที่ตรงตามเป้าหมายด้านประสิทธิภาพ ทุกวันนี้ เทคโนโลยีการซ้อนไดอิเล็กทริกของฉนวน MSPA ถูกรวมเข้ากับฟอยล์ทองแดงบางๆ เพื่อนำไปใช้ในการผลิตจำนวนมากของวงจรความเที่ยงตรงสูง SAP ใช้ในการผลิตรูปแบบวงจรที่มีค่าทั้ง L และ S น้อยกว่า 10 μm

PCB ที่มีความหนาแน่นและความบางสูงทำให้ HDI PCBs เปลี่ยนจากการเคลือบที่มีแกนเป็นแกนของเลเยอร์ใดๆ สำหรับ HDI PCBs ที่มีฟังก์ชันเดียวกัน พื้นที่และความหนาของ PCB ที่เชื่อมต่อกันบนชั้นใดๆ จะลดลง 25% เมื่อเทียบกับแผ่นเคลือบแกนกลาง จำเป็นต้องใช้ชั้นไดอิเล็กทริกที่บางกว่าพร้อมคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีกว่าใน HDI PCB ทั้งสองนี้

ต้องส่งออกจากความถี่สูงและความเร็วสูง

เทคโนโลยีการสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์มีตั้งแต่แบบมีสายไปจนถึงไร้สาย ตั้งแต่ความถี่ต่ำและความเร็วต่ำไปจนถึงความถี่สูงและความเร็วสูง ประสิทธิภาพของสมาร์ทโฟนได้พัฒนาจาก 4G เป็น 5G ซึ่งต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลที่เร็วขึ้นและปริมาณการส่งข้อมูลที่มากขึ้น

การมาถึงของยุคคลาวด์คอมพิวติ้งทั่วโลกทำให้ทราฟฟิกข้อมูลเพิ่มขึ้นหลายเท่า และมีแนวโน้มที่ชัดเจนสำหรับอุปกรณ์สื่อสารความถี่สูงและความเร็วสูง เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของการส่งสัญญาณความถี่สูงและความเร็วสูง นอกเหนือจากการลดการรบกวนและการใช้สัญญาณแล้ว ความสมบูรณ์ของสัญญาณและการผลิตยังเข้ากันได้กับข้อกำหนดการออกแบบของการออกแบบ PCB วัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุด

งานหลักของวิศวกรคือการลดคุณสมบัติของการสูญเสียสัญญาณไฟฟ้า เพื่อเพิ่มความเร็วของ PCB และแก้ปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ จากบริการการผลิตมากกว่าสิบปีของ PCBCart ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการเลือกใช้วัสดุพื้นผิว เมื่อค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (Dk) ต่ำกว่า 4 และการสูญเสียอิเล็กทริก (Df) ต่ำกว่า 0.010 ถือเป็น ลามิเนต Dk/Df ระดับกลาง เมื่อ Dk ต่ำกว่า 3.7 และ Df ต่ำกว่า 0.005 จะถือว่าเป็นลามิเนต Dk/Df ระดับต่ำ ปัจจุบันมีวัสดุพื้นผิวที่หลากหลายในตลาด

จนถึงตอนนี้ วัสดุซับสเตรตของแผงวงจรความถี่สูงที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่มีสามประเภท: เรซินที่ใช้ฟลูออรีน เรซิน PPO หรือ PPE และเรซินอีพอกซีเรซินดัดแปลง สารตั้งต้นไดอิเล็กตริกซีรีส์ฟลูออรีน เช่น PTFE มีคุณสมบัติไดอิเล็กตริกต่ำที่สุด และมักใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความถี่ 5 GHz หรือสูงกว่า อีพอกซีเรซินดัดแปลง FR-4 หรือสารตั้งต้น PPO เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีช่วงความถี่ 1GHz ถึง 10GHz

การเปรียบเทียบวัสดุซับสเตรตความถี่สูงสามชนิด อีพอกซีเรซินมีราคาต่ำที่สุด แม้ว่าฟลูออรีนเรซินจะมีราคาสูงสุด ในแง่ของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก การสูญเสียไดอิเล็กตริก การดูดซึมน้ำ และลักษณะเฉพาะของความถี่ เรซินที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบจะทำงานได้ดีที่สุด ในขณะที่อีพอกซีเรซินจะทำงานได้แย่ลง เมื่อความถี่ที่ใช้โดยผลิตภัณฑ์สูงกว่า 10GHz เฉพาะเรซินที่ใช้ฟลูออรีนเท่านั้นที่จะทำงานได้ ข้อเสียของ PTFE ได้แก่ ต้นทุนสูง ความแข็งแกร่งต่ำ และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง

สำหรับ PTFE สารอนินทรีย์จำนวนมาก (เช่น ซิลิกา) สามารถใช้เป็นวัสดุตัวเติมหรือผ้าแก้ว เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของวัสดุพื้นผิว และลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน นอกจากนี้ เนื่องจากความเฉื่อยของโมเลกุล PTFE จึงเป็นเรื่องยากสำหรับโมเลกุลของ PTFE ที่จะยึดติดกับฟอยล์ทองแดง จึงต้องตระหนักถึงการรักษาพื้นผิวพิเศษที่เข้ากันได้กับฟอยล์ทองแดง วิธีการรักษาคือทำการกัดด้วยสารเคมีบนพื้นผิวของพอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีนเพื่อเพิ่มความขรุขระของพื้นผิวหรือเพิ่มฟิล์มกาวเพื่อเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะ เมื่อใช้วิธีนี้ สมบัติไดอิเล็กทริกอาจได้รับผลกระทบ และวงจรความถี่สูงที่ใช้ฟลูออรีนทั้งหมดจะต้องได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม

เรซินฉนวนที่มีเอกลักษณ์เฉพาะประกอบด้วยอีพอกซีเรซินดัดแปลงหรือ PPE และ TMA, MDI และ BMI รวมถึงผ้าแก้ว เช่นเดียวกับ FR-4 CCL นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติต้านทานความร้อนและไดอิเล็กตริก ความแข็งแรงเชิงกล และความสามารถในการผลิต PCB ได้ดีเยี่ยม ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้ได้รับความนิยมมากกว่าพื้นผิวที่ใช้ไฟเบอร์

นอกเหนือจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของวัสดุฉนวน เช่น เรซิน ความหยาบผิวของทองแดงในฐานะตัวนำยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการสูญเสียการส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นผลมาจากผลกระทบของผิวหนัง โดยทั่วไป ผลกระทบของผิวคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการส่งสัญญาณความถี่สูงและตะกั่วอุปนัยจะมีความเข้มข้นมากในใจกลางของพื้นที่หน้าตัดของตะกั่ว และกระแสไฟขับหรือสัญญาณจะเน้นที่ พื้นผิวของตะกั่ว ความหยาบผิวของตัวนำมีบทบาทสำคัญในการส่งผลต่อการสูญเสียสัญญาณการส่งสัญญาณ และความหยาบต่ำทำให้เกิดการสูญเสียเพียงเล็กน้อย

ที่ความถี่เดียวกัน ความหยาบผิวสูงของทองแดงจะทำให้สูญเสียสัญญาณสูง ดังนั้น การผลิตจริงต้องควบคุมความหยาบของผิวทองแดง และควรให้ต่ำที่สุดโดยไม่ส่งผลต่อการยึดเกาะ ต้องให้ความสนใจอย่างมากกับสัญญาณในช่วงความถี่ 10 GHz หรือสูงกว่า ความหยาบของฟอยล์ทองแดงต้องน้อยกว่า 1μm และควรใช้ฟอยล์ทองแดงผิวพิเศษที่มีความหยาบ0.04μm ความหยาบผิวของฟอยล์ทองแดงจะต้องรวมกับการบำบัดออกซิเดชันที่เหมาะสมและระบบการยึดเกาะเรซิน ในอนาคตอันใกล้นี้ อาจมีฟอยล์ทองแดงที่ไม่มีเรซินเคลือบโพรไฟล์ซึ่งมีความแข็งแรงในการลอกสูงกว่าเพื่อป้องกันการสูญเสียอิเล็กทริก

ต้องการความต้านทานความร้อนสูงและการกระจายสูง

ด้วยแนวโน้มการพัฒนาของการย่อขนาดและฟังก์ชันการทำงานที่สูง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีแนวโน้มที่จะสร้างความร้อนมากขึ้น ดังนั้นข้อกำหนดในการจัดการระบายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จึงมีความต้องการมากขึ้นเรื่อยๆ หนึ่งในวิธีแก้ไขปัญหานี้อยู่ที่การวิจัยและพัฒนา PCB ที่นำความร้อน เงื่อนไขพื้นฐานสำหรับ PCB ที่จะทำงานได้ดีในแง่ของความต้านทานความร้อนและการกระจายคือความต้านทานความร้อนและความสามารถในการกระจายของพื้นผิว การปรับปรุงในปัจจุบันในการนำความร้อนของ PCB อยู่ที่การปรับปรุงเรซินและการเติม แต่ใช้ได้เฉพาะในหมวดหมู่ที่จำกัด วิธีทั่วไปคือการใช้ IMS หรือ PCB แกนโลหะ ซึ่งทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบความร้อน เมื่อเทียบกับหม้อน้ำและพัดลมแบบดั้งเดิม วิธีการนี้มีข้อดีคือมีขนาดเล็กและมีต้นทุนต่ำ

อะลูมิเนียมเป็นวัสดุที่น่าสนใจมาก โดยมีข้อดีจากทรัพยากรที่มีอยู่อย่างมากมาย ต้นทุนต่ำ และการนำความร้อนได้ดี และความเข้มข้น นอกจากนี้ยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากจนใช้กับพื้นผิวโลหะหรือแกนโลหะส่วนใหญ่ เนื่องจากข้อดีของความประหยัด การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ การนำความร้อนและความแข็งแรงสูง แผงวงจรอะลูมิเนียมที่ปราศจากบัดกรีและไร้สารตะกั่วจึงถูกนำมาใช้ในสินค้าอุปโภคบริโภค รถยนต์ ยุทโธปกรณ์ทางทหาร และผลิตภัณฑ์ด้านการบินและอวกาศ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าหัวใจสำคัญของการต้านทานความร้อนและประสิทธิภาพการกระจายของพื้นผิวโลหะอยู่ที่การยึดเกาะระหว่างแผ่นโลหะกับระนาบของวงจร

จะตรวจสอบวัสดุพื้นผิวของ PCB ของคุณได้อย่างไร?

ในยุคอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ การย่อขนาดและความบางของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำให้เกิด PCB แบบแข็งและ PCB แบบยืดหยุ่น/แข็ง แล้ววัสดุรองพื้นชนิดใดที่เหมาะกับพวกเขา?

พื้นที่การใช้งานที่เพิ่มขึ้นของ PCB แบบแข็งและ PCB แบบยืดหยุ่น/แบบแข็งได้ทำให้เกิดข้อกำหนดใหม่ในแง่ของปริมาณและประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น ฟิล์มโพลีอิไมด์สามารถจำแนกได้เป็นประเภทต่างๆ รวมทั้งแบบโปร่งใส สีขาว สีดำ และสีเหลือง โดยมีคุณสมบัติทนความร้อนสูงและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำสำหรับการใช้งานในสถานการณ์ต่างๆ ในทำนองเดียวกัน พื้นผิวฟิล์มโพลีเอสเตอร์ราคาประหยัดจะเป็นที่ยอมรับของตลาด เนื่องจากมีความยืดหยุ่นสูง ความเสถียรของมิติ คุณภาพผิวของฟิล์ม ข้อต่อแบบโฟโตอิเล็กทริก และความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อตอบสนองความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปของผู้ใช้

เช่นเดียวกับ HDI PCB แบบแข็ง PCB แบบยืดหยุ่นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของการส่งสัญญาณความเร็วสูงและความถี่สูงและต้องให้ความสนใจกับค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและการสูญเสียอิเล็กทริกของวัสดุพื้นผิวที่ยืดหยุ่น วงจรแบบยืดหยุ่นประกอบด้วยพอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีนและซับสเตรตโพลีอิไมด์ขั้นสูง สามารถเพิ่มฝุ่นอนินทรีย์และคาร์บอนไฟเบอร์ลงในเรซินโพลิอิไมด์เพื่อให้มีซับสเตรตนำความร้อนที่มีความยืดหยุ่นสามชั้น วัสดุตัวเติมอนินทรีย์อาจเป็นอะลูมิเนียมไนไตรด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ หรือโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม วัสดุพิมพ์ประเภทนี้มีค่าการนำความร้อน 1.51W/mK สามารถต้านทานแรงดันไฟฟ้า 2.5kV และความโค้ง 180 องศา