Як ми всі знаємо, основні властивості о Друкована плата (друкована плата) залежать від продуктивності матеріалу її підкладки. Тому, щоб підвищити продуктивність друкованої плати, спочатку необхідно оптимізувати продуктивність матеріалу підкладки. Поки що розробляються та застосовуються різні нові матеріали, які відповідають вимогам нових технологій та тенденцій ринку.

За останні роки друковані плати зазнали трансформації. Ринок в основному перейшов від традиційних апаратних продуктів, таких як настільні комп’ютери, до бездротових комунікацій, таких як сервери та мобільні термінали. Пристрої мобільного зв’язку, представлені смартфонами, сприяли розробці друкованих плат високої щільності, легкої ваги та багатофункціональності. Якщо немає матеріалу підкладки, а вимоги до процесу тісно пов’язані з продуктивністю друкованої плати, технологія друкованої плати ніколи не буде реалізована. Тому вибір матеріалу підкладки відіграє важливу роль у забезпеченні якості та надійності друкованої плати та кінцевого продукту.

Задовольнити потреби високої щільності та тонких ліній

•Вимоги до мідної фольги

Усі друковані плати рухаються до більш високої щільності та більш тонких схем, особливо HDI PCB (High Density Interconnect PCB). Десять років тому друкована плата HDI була визначена як друкована плата, а її ширина (L) і міжрядковий інтервал (S) становили 0.1 мм або менше. Однак поточні стандартні значення L і S в електронній промисловості можуть бути невеликими до 60 мкм, а в запущених випадках їх значення можуть бути аж до 40 мкм.

Як визначити матеріал підкладки друкованої плати

Традиційним методом формування електричної схеми є процес зображення та травлення. При застосуванні тонких підкладок з мідної фольги (товщиною від 9 мкм до 12 мкм) найменше значення L і S досягає 30 мкм.

Через високу вартість тонкої мідної фольги CCL (Copper Clad Laminate) і багато дефектів у стопці, багато виробників друкованих плат, як правило, використовують метод травлення з мідною фольгою, а товщина мідної фольги встановлюється на 18 мкм. Насправді цей метод не рекомендується, оскільки він містить занадто багато процедур, товщину важко контролювати і призводить до збільшення витрат. В результаті краще підійде тонка мідна фольга. Крім того, коли значення L і S плати менше 20 мкм, стандартна мідна фольга не працює. Нарешті, рекомендується використовувати ультратонку мідну фольгу, оскільки її товщину міді можна регулювати в діапазоні від 3 мкм до 5 мкм.

На додаток до товщини мідної фольги, поточні прецизійні схеми також потребують поверхні мідної фольги з низькою шорсткістю. Щоб поліпшити здатність зчеплення між мідною фольгою та матеріалом підкладки та забезпечити міцність провідника на відшаровування, на площині мідної фольги виконують грубу обробку, а загальна шорсткість мідної фольги перевищує 5 мкм.

Вбудовування горбоподібної мідної фольги як основного матеріалу має на меті покращити її міцність на відшаровування. Однак, щоб контролювати точність відведення від надмірного травлення під час травлення ланцюга, він має тенденцію викликати забруднення горбів, які можуть викликати коротке замикання між лініями або зниження ізоляційної здатності, що особливо впливає на тонкі ланцюги. Тому потрібна мідна фольга з низькою шорсткістю (менше 3 мкм або навіть 1.5 мкм).

Хоча шорсткість мідної фольги зменшується, все одно необхідно зберегти міцність провідника на відшаровування, що спричиняє спеціальну обробку поверхні мідної фольги та матеріалу підкладки, що допомагає забезпечити міцність провідника на відшаровування. провідник.

• Вимоги до ізоляційних діелектричних ламінатів

Одна з основних технічних характеристик друкованої плати HDI полягає в процесі конструкції. Зазвичай використовувані RCC (мідь з покриттям смолою) або препрег епоксидна скляна тканина та ламінування мідної фольги рідко призводять до тонких ланцюгів. Зараз схиляється до використання SAP і MSPA, що означає застосування ізоляційної діелектричної плівки, ламінованої безелектромідним покриттям для виробництва мідних електропровідних площин. Оскільки мідна площина тонка, можна створити тонкі схеми.

Одним з ключових моментів SAP є ламінування діелектричних матеріалів. Щоб задовольнити вимоги прецизійних ланцюгів високої щільності, до ламінованих матеріалів повинні бути висунуті деякі вимоги, включаючи діелектричні властивості, ізоляцію, термостійкість і зчеплення, а також технічні можливості, сумісні з друкованою платою HDI.

У глобальній упаковці напівпровідників підкладки для упаковки IC перетворюються з керамічних на органічні. Крок підкладок упаковки FC стає все меншим і меншим, тому поточне типове значення L і S становить 15 мкм, і воно буде менше.

Ефективність багатошарових підкладок повинна підкреслювати низькі діелектричні властивості, низький коефіцієнт теплового розширення (CTE) і високу термостійкість, що відноситься до недорогих підкладок, які відповідають цілям продуктивності. Сьогодні технологія діелектричної ізоляції MSPA поєднується з тонкою мідною фольгою для використання в масовому виробництві точних схем. SAP використовується для виготовлення шаблонів ланцюгів із значеннями L і S менше ніж 10 мкм.

Висока щільність і тонкість друкованих плат спричинили перехід друкованих плат HDI від ламінування з ядрами до серцевин будь-якого шару. Для друкованих плат HDI з такою ж функцією площа та товщина друкованих плат, з’єднаних між собою на будь-якому шарі, зменшуються на 25% порівняно з друкованими платами з основним ламінатом. Необхідно нанести більш тонкий шар діелектрика з кращими електричними властивостями в цих двох друкованих платах HDI.

Потрібний експорт з високої частоти та високої швидкості

Технологія електронного зв’язку варіюється від дротових до бездротових, від низькочастотних і низькошвидкісних до високочастотних і високошвидкісних. Продуктивність смартфонів змінилася від 4G до 5G, що вимагає більшої швидкості передачі та більших обсягів передачі.

Настання глобальної ери хмарних обчислень призвело до багаторазового збільшення трафіку даних, і є чітка тенденція до високочастотного та високошвидкісного комунікаційного обладнання. Щоб задовольнити вимоги високочастотної та високошвидкісної передачі, на додаток до зменшення перешкод і споживання сигналу, цілісність сигналу та виготовлення сумісні з вимогами до проектування друкованих плат, високопродуктивні матеріали є найважливішим елементом.

Основна робота інженера — зменшити властивості втрат електричного сигналу, щоб збільшити швидкість друкованої плати та вирішити проблеми цілісності сигналу. Виходячи з більш ніж десяти років виробничих послуг PCBCart, як ключовий фактор, що впливає на вибір матеріалу підкладки, коли діелектрична проникність (Dk) нижча за 4, а діелектричні втрати (Df) нижчі за 0.010, це розглядається як проміжний ламінат Dk/Df Якщо Dk нижче 3.7 і Df нижче 0.005, він вважається ламінат з низьким Dk/Df. В даний час на ринку доступні різноманітні матеріали для підкладки.

Поки що існують в основному три типи широко використовуваних матеріалів підкладки високочастотних плат: смоли на основі фтору, смоли PPO або PPE та модифіковані епоксидні смоли. Діелектричні підкладки серії фтору, такі як PTFE, мають найнижчі діелектричні властивості і зазвичай використовуються для виробів з частотою 5 ГГц або вище. Підкладка з модифікованої епоксидної смоли FR-4 або PPO підходить для продуктів з діапазоном частот від 1 ГГц до 10 ГГц.

У порівнянні з трьома високочастотними матеріалами підкладки, епоксидна смола має найнижчу ціну, хоча фторова смола має найвищу ціну. З точки зору діелектричної проникності, діелектричних втрат, водопоглинання та частотних характеристик, смоли на основі фтору працюють найкраще, тоді як епоксидні смоли працюють гірше. Коли частота, яку застосовує продукт, перевищує 10 ГГц, працюватиме лише смола на основі фтору. До недоліків PTFE можна віднести високу вартість, погану жорсткість і високий коефіцієнт теплового розширення.

Для PTFE об’ємні неорганічні речовини (наприклад, кремнезем) можна використовувати як наповнювачі або скляну тканину для підвищення жорсткості матеріалу підкладки та зниження коефіцієнта теплового розширення. Крім того, через інертність молекул ПТФЕ, молекулам ПТФЕ важко зв’язуватися з мідною фольгою, тому має бути реалізована спеціальна обробка поверхні, сумісна з мідною фольгою. Спосіб обробки полягає у виконанні хімічного травлення на поверхні політетрафторетилену для збільшення шорсткості поверхні або додаванні клейової плівки для підвищення адгезійної здатності. Застосування цього методу може вплинути на діелектричні властивості, і всю високочастотну схему на основі фтору необхідно розвивати далі.

Унікальна ізоляційна смола, що складається з модифікованої епоксидної смоли або PPE і TMA, MDI і BMI, а також скляної тканини. Подібно до FR-4 CCL, він також має чудову термостійкість та діелектричні властивості, механічну міцність та технологічність друкованих плат, що робить його більш популярним, ніж підкладки на основі PTFE.

На додаток до вимог до експлуатаційних характеристик ізоляційних матеріалів, таких як смоли, шорсткість поверхні міді як провідника також є важливим фактором, що впливає на втрати передачі сигналу, що є результатом скін-ефекту. В основному, скін-ефект полягає в тому, що електромагнітна індукція, що генерується при передачі високочастотного сигналу та індуктивного відведення, стає настільки зосередженою в центрі площі поперечного перерізу відведення, і керуючий струм або сигнал фокусується на поверхню свинцю. Шорсткість поверхні провідника відіграє ключову роль у впливі на втрати сигналу передачі, а низька шорсткість призводить до дуже малих втрат.

На тій же частоті висока шорсткість поверхні міді спричинить високі втрати сигналу. Таким чином, шорсткість поверхні міді повинна контролюватися під час фактичного виробництва, і вона повинна бути якомога нижчою, не впливаючи на адгезію. Велику увагу необхідно приділяти сигналам в діапазоні частот 10 ГГц і вище. Шорсткість мідної фольги повинна бути менше 1 мкм, і найкраще використовувати ультраповерхневу мідну фольгу з шорсткістю 0.04 мкм. Шорсткість поверхні мідної фольги повинна поєднуватися з відповідною системою окислювальної обробки та склеювання. Найближчим часом може з’явитися мідна фольга без профільованого покриття, яка має більш високу міцність на відшаровування, щоб запобігти впливу на діелектричні втрати.

Вимагає високого термічного опору та високого розсіювання

З тенденцією розвитку мініатюризації та високої функціональності електронне обладнання має тенденцію генерувати більше тепла, тому вимоги до термічного управління електронним обладнанням стають все більш вимогливими. Одним із рішень цієї проблеми є дослідження та розробка теплопровідних друкованих плат. Основною умовою для того, щоб друкована плата працювала добре з точки зору термостійкості та розсіювання, — це термостійкість та здатність підкладки до розсіювання. Сучасне покращення теплопровідності друкованої плати полягає в покращенні смоли та додаванні наповнювача, але воно працює лише в обмеженій категорії. Типовим методом є використання IMS або друкованої плати з металевим сердечником, які діють як нагрівальні елементи. У порівнянні з традиційними радіаторами і вентиляторами цей метод має переваги в невеликих розмірах і невисокій вартості.

Алюміній є дуже привабливим матеріалом з перевагами великої кількості ресурсів, низької вартості та хорошої теплопровідності. І інтенсивність. Крім того, він настільки екологічно чистий, що його використовують більшість металевих підкладок або металевих сердечників. Завдяки перевагам економічності, надійного електричного з’єднання, теплопровідності та високої міцності, без припою та свинцю, друковані плати на основі алюмінію знайшли застосування в споживчих товарах, автомобілях, військових постах та аерокосмічній продукції. Безсумнівно, що ключ до термостійкості та ефективності розсіювання металевої підкладки полягає в зчепленні між металевою пластиною та площиною ланцюга.

Як визначити матеріал підкладки вашої друкованої плати?

У сучасну електронну епоху мініатюризація та тонкість електронних пристроїв призвели до появи жорстких друкованих плат і гнучких/жорстких друкованих плат. Так який тип матеріалу підкладки для них підходить?

Розширені області застосування жорстких друкованих плат і гнучких/жорстких друкованих плат пред’явили нові вимоги щодо кількості та продуктивності. Наприклад, поліімідні плівки можна класифікувати на різні категорії, включаючи прозорі, білі, чорні та жовті, з високою термостійкістю та низьким коефіцієнтом теплового розширення для застосування в різних ситуаціях. Аналогічно, економічно ефективна підкладка з поліефірної плівки буде прийнята ринком завдяки своїй високій еластичності, стабільності розмірів, якості поверхні плівки, фотоелектричному зчепленню та стійкості до навколишнього середовища, щоб задовольнити мінливі потреби користувачів.

Подібно до жорсткої друкованої плати HDI, гнучка друкована плата повинна відповідати вимогам високошвидкісної та високочастотної передачі сигналу, а також слід звернути увагу на діелектричну проникність і діелектричні втрати матеріалу гнучкої підкладки. Гнучка схема може складатися з політетрафторетилену та передового поліімідного субстрату. До поліімідної смоли можна додати неорганічний пил і вуглецеве волокно, щоб отримати тришарову гнучку теплопровідну підкладку. Неорганічним наповнювальним матеріалом може бути нітрид алюмінію, оксид алюмінію або гексагональний нітрид бору. Цей тип матеріалу підкладки має теплопровідність 1.51 Вт/мК, витримує напругу 2.5 кВ і кривизну 180 градусів.