Như chúng ta đã biết, các thuộc tính cơ bản của PCB (bảng mạch in) phụ thuộc vào hiệu suất của vật liệu nền của nó. Do đó, để cải thiện hiệu suất của bảng mạch, trước hết hiệu suất của vật liệu nền phải được tối ưu hóa. Cho đến nay, nhiều loại vật liệu mới đang được phát triển và ứng dụng để đáp ứng các yêu cầu của công nghệ mới và xu hướng thị trường.

Trong những năm gần đây, bảng mạch in đã trải qua một quá trình chuyển đổi. Thị trường chủ yếu chuyển từ các sản phẩm phần cứng truyền thống như máy tính để bàn sang truyền thông không dây như máy chủ và thiết bị đầu cuối di động. Các thiết bị thông tin di động được đại diện bởi điện thoại thông minh đã thúc đẩy sự phát triển của PCBs mật độ cao, trọng lượng nhẹ và đa chức năng. Nếu không có vật liệu nền và các yêu cầu về quy trình của nó liên quan chặt chẽ đến hiệu suất của PCB, thì công nghệ mạch in sẽ không bao giờ thành hiện thực. Do đó, việc lựa chọn vật liệu nền đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp chất lượng và độ tin cậy của PCB và sản phẩm cuối cùng.

Đáp ứng nhu cầu về mật độ cao và đường mịn

• Yêu cầu đối với lá đồng

Tất cả các bảng mạch PCB đang hướng tới mật độ cao hơn và mạch mịn hơn, đặc biệt là HDI PCB (PCB kết nối mật độ cao). Mười năm trước, HDI PCB được định nghĩa là PCB và chiều rộng dòng (L) và khoảng cách dòng (S) của nó là 0.1mm hoặc nhỏ hơn. Tuy nhiên, các giá trị tiêu chuẩn hiện tại của L và S trong ngành công nghiệp điện tử có thể nhỏ đến 60 μm, và trong các trường hợp nâng cao, giá trị của chúng có thể thấp tới 40 μm.

Cách xác định vật liệu nền PCB của bạn

Phương pháp truyền thống của việc hình thành sơ đồ mạch là trong quá trình hình ảnh và khắc. Với việc sử dụng đế lá đồng mỏng (có độ dày trong khoảng 9μm đến 12μm), giá trị thấp nhất của L và S đạt 30μm.

Do chi phí cao của lá đồng mỏng CCL (Copper Clad Laminate) và nhiều khuyết tật trong ngăn xếp, nhiều nhà sản xuất PCB có xu hướng sử dụng phương pháp ăn mòn lá đồng và độ dày của lá đồng được đặt thành 18μm. Trên thực tế, phương pháp này không được khuyến khích vì chứa quá nhiều thủ tục, độ dày khó kiểm soát và dẫn đến chi phí cao hơn. Kết quả là, lá đồng mỏng tốt hơn. Ngoài ra, khi giá trị L và S của bo mạch nhỏ hơn 20μm, lá đồng tiêu chuẩn sẽ không hoạt động. Cuối cùng, nên sử dụng lá đồng siêu mỏng, vì độ dày đồng của nó có thể được điều chỉnh trong phạm vi từ 3μm đến 5μm.

Ngoài độ dày của lá đồng, các mạch điện chính xác hiện nay cũng yêu cầu bề mặt lá đồng có độ nhám thấp. Để cải thiện khả năng liên kết giữa lá đồng và vật liệu nền và đảm bảo độ bền vỏ của ruột dẫn, quá trình xử lý thô được thực hiện trên mặt phẳng lá đồng và độ nhám chung của lá đồng lớn hơn 5μm.

Nhúng lá đồng có bướu làm vật liệu cơ bản nhằm mục đích cải thiện độ bền của vỏ. Tuy nhiên, để kiểm soát độ chính xác của chì tránh bị ăn mòn quá mức trong quá trình khắc mạch, nó có xu hướng tạo ra các chất ô nhiễm có thể gây đoản mạch giữa các đường dây hoặc giảm khả năng cách điện, đặc biệt ảnh hưởng đến các mạch điện tốt. Do đó, cần phải sử dụng lá đồng có độ nhám thấp (nhỏ hơn 3 μm hoặc thậm chí 1.5 μm).

Mặc dù độ nhám của lá đồng bị giảm đi nhưng vẫn cần giữ lại độ bền tróc của ruột dẫn, điều này gây ra một quá trình xử lý bề mặt đặc biệt trên bề mặt của lá đồng và vật liệu nền, giúp đảm bảo độ bền tróc của dây dẫn Nhạc trưởng.

• Yêu cầu đối với các lớp điện môi cách điện

Một trong những đặc tính kỹ thuật chính của HDI PCB nằm ở quá trình xây dựng. RCC (đồng phủ nhựa) thường được sử dụng hoặc vải thủy tinh epoxy tẩm sẵn và cán lá đồng hiếm khi dẫn đến các mạch nhỏ. Hiện nay xu hướng sử dụng SAP và MSPA, có nghĩa là ứng dụng của màng điện môi cách điện nhiều lớp mạ đồng không điện để tạo ra các mặt phẳng dẫn điện bằng đồng. Vì mặt phẳng đồng mỏng nên có thể tạo ra các mạch nhỏ.

Một trong những điểm chính của SAP là cán mỏng các vật liệu điện môi. Để đáp ứng các yêu cầu của mạch chính xác mật độ cao, một số yêu cầu phải được đặt ra đối với vật liệu laminate, bao gồm đặc tính điện môi, cách điện, khả năng chịu nhiệt và liên kết, cũng như khả năng thích ứng kỹ thuật tương thích với HDI PCB.

Trong bao bì bán dẫn toàn cầu, chất nền bao bì vi mạch được chuyển đổi từ chất nền gốm sang chất nền hữu cơ. Bước sóng của chất nền gói FC ngày càng nhỏ, vì vậy giá trị điển hình hiện tại của L và S là 15 μm và nó sẽ nhỏ hơn.

Hiệu suất của chất nền nhiều lớp cần nhấn mạnh các đặc tính điện môi thấp, hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thấp và khả năng chịu nhiệt cao, đề cập đến chất nền giá rẻ đáp ứng các mục tiêu hiệu suất. Ngày nay, công nghệ xếp chồng chất điện môi cách điện MSPA được kết hợp với lá đồng mỏng được sử dụng trong sản xuất hàng loạt các mạch điện chính xác. SAP được sử dụng để sản xuất các mẫu mạch có cả giá trị L và S nhỏ hơn 10 μm.

Mật độ cao và độ mỏng của PCB đã khiến HDI PCB chuyển từ dạng cán có lõi sang lõi của bất kỳ lớp nào. Đối với PCB HDI có cùng chức năng, diện tích và độ dày của PCB được kết nối với nhau trên bất kỳ lớp nào đều giảm 25% so với những lớp có lớp lõi. Cần phải phủ một lớp điện môi mỏng hơn có đặc tính điện tốt hơn trong hai HDI PCB này.

Yêu cầu xuất từ ​​tần số cao và tốc độ cao

Công nghệ truyền thông điện tử trải dài từ có dây đến không dây, từ tần số thấp và tốc độ thấp đến tần số cao và tốc độ cao. Hiệu suất của điện thoại thông minh đã phát triển từ 4G lên 5G, đòi hỏi tốc độ truyền tải nhanh hơn và lưu lượng truyền lớn hơn.

Sự ra đời của kỷ nguyên điện toán đám mây toàn cầu đã dẫn đến sự gia tăng nhiều lần lưu lượng dữ liệu và có một xu hướng rõ ràng đối với thiết bị truyền thông tần số cao và tốc độ cao. Để đáp ứng các yêu cầu về truyền dẫn tần số cao và tốc độ cao, ngoài việc giảm nhiễu và tiêu thụ tín hiệu, tính toàn vẹn của tín hiệu và sản xuất tương thích với các yêu cầu thiết kế của thiết kế PCB, vật liệu hiệu suất cao là yếu tố quan trọng nhất.

Công việc chính của một kỹ sư là giảm các đặc tính của suy hao tín hiệu điện để tăng tốc độ PCB và giải quyết các vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu. Dựa trên dịch vụ sản xuất hơn mười năm của PCBCart, là yếu tố chính ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu nền, khi hằng số điện môi (Dk) thấp hơn 4 và tổn thất điện môi (Df) thấp hơn 0.010, nó được coi là Dk / Df laminate trung gian Khi Dk thấp hơn 3.7 và Df thấp hơn 0.005, nó được coi là laminate Dk / Df thấp. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại vật liệu nền khác nhau.

Cho đến nay, chủ yếu có ba loại vật liệu nền bảng mạch tần số cao thường được sử dụng: nhựa gốc flo, nhựa PPO hoặc PPE và nhựa epoxy biến tính. Chất điện môi dòng flo, chẳng hạn như PTFE, có đặc tính điện môi thấp nhất và thường được sử dụng cho các sản phẩm có tần số 5 GHz hoặc cao hơn. Nền nhựa epoxy biến tính FR-4 hoặc PPO thích hợp cho các sản phẩm có dải tần từ 1GHz đến 10GHz.

So sánh ba vật liệu nền tần số cao, nhựa epoxy có giá thấp nhất, mặc dù nhựa flo có giá cao nhất. Về đặc tính hằng số điện môi, tổn thất điện môi, hấp thụ nước và tần số, nhựa gốc flo hoạt động tốt nhất, trong khi nhựa epoxy hoạt động kém hơn. Khi tần số được áp dụng bởi sản phẩm cao hơn 10GHz, chỉ nhựa gốc flo mới hoạt động. Nhược điểm của PTFE bao gồm giá thành cao, độ cứng kém và hệ số giãn nở nhiệt cao.

Đối với PTFE, các chất vô cơ dạng khối (như silica) có thể được sử dụng làm vật liệu phụ hoặc vải thủy tinh để tăng cường độ cứng của vật liệu nền và giảm hệ số giãn nở nhiệt. Ngoài ra, do tính trơ của các phân tử PTFE, các phân tử PTFE khó liên kết với lá đồng, vì vậy cần phải xử lý bề mặt đặc biệt tương thích với lá đồng. Phương pháp xử lý là thực hiện ăn mòn hóa học trên bề mặt polytetrafluoroethylen để tăng độ nhám bề mặt hoặc phủ thêm một lớp màng kết dính để tăng khả năng bám dính. Với việc áp dụng phương pháp này, các đặc tính điện môi có thể bị ảnh hưởng và toàn bộ mạch tần số cao dựa trên flo phải được phát triển thêm.

Nhựa cách nhiệt độc đáo bao gồm nhựa epoxy biến tính hoặc PPE và TMA, MDI và BMI, cùng với vải thủy tinh. Tương tự như FR-4 CCL, nó cũng có khả năng chịu nhiệt và tính chất điện môi tuyệt vời, độ bền cơ học và khả năng sản xuất PCB, tất cả đều làm cho nó trở nên phổ biến hơn so với chất nền dựa trên PTFE.

Ngoài các yêu cầu về tính năng của vật liệu cách điện như nhựa, độ nhám bề mặt của đồng làm dây dẫn cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến suy hao truyền tín hiệu, là kết quả của hiệu ứng da. Về cơ bản, hiệu ứng da là cảm ứng điện từ được tạo ra trên quá trình truyền tín hiệu tần số cao và đạo trình cảm ứng trở nên tập trung ở trung tâm của khu vực mặt cắt ngang của đạo trình, và dòng điện hoặc tín hiệu truyền động được tập trung vào bề mặt của chì. Độ nhám bề mặt của dây dẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến sự suy giảm của tín hiệu truyền dẫn, và độ nhám thấp dẫn đến suy hao rất nhỏ.

Ở cùng tần số, bề mặt đồng có độ nhám cao sẽ gây suy hao tín hiệu cao. Do đó, độ nhám của đồng bề mặt phải được kiểm soát trong quá trình sản xuất thực tế, và nó phải càng thấp càng tốt mà không ảnh hưởng đến độ bám dính. Phải hết sức chú ý đến các tín hiệu trong dải tần từ 10 GHz trở lên. Độ nhám của lá đồng được yêu cầu nhỏ hơn 1μm, và tốt nhất là sử dụng lá đồng siêu bề mặt có độ nhám 0.04μm. Độ nhám bề mặt của lá đồng phải được kết hợp với hệ thống nhựa liên kết và xử lý oxy hóa thích hợp. Trong tương lai gần, có thể có một lá đồng không có nhựa phủ định hình, có độ bền bóc cao hơn để ngăn chặn sự mất mát điện môi bị ảnh hưởng.

Yêu cầu khả năng chịu nhiệt cao và tản nhiệt cao

Với xu hướng phát triển thu nhỏ và chức năng cao, thiết bị điện tử có xu hướng tỏa nhiệt nhiều hơn, do đó yêu cầu quản lý nhiệt của thiết bị điện tử ngày càng khắt khe hơn. Một trong những giải pháp cho vấn đề này nằm ở việc nghiên cứu và phát triển PCB dẫn nhiệt. Điều kiện cơ bản để PCB hoạt động tốt về khả năng chịu nhiệt và tản nhiệt là khả năng chịu nhiệt và tản nhiệt của lớp nền. Sự cải thiện hiện tại về độ dẫn nhiệt của PCB nằm ở việc cải thiện việc bổ sung nhựa và chất làm đầy, nhưng nó chỉ hoạt động trong một danh mục hạn chế. Phương pháp điển hình là sử dụng IMS hoặc PCB lõi kim loại, hoạt động như các phần tử gia nhiệt. So với tản nhiệt và quạt truyền thống, phương pháp này có ưu điểm là kích thước nhỏ và giá thành rẻ.

Nhôm là một vật liệu rất hấp dẫn với ưu điểm là nguồn tài nguyên dồi dào, giá thành rẻ và dẫn nhiệt tốt. Và cường độ. Ngoài ra, nó rất thân thiện với môi trường nên được hầu hết các nền kim loại hoặc lõi kim loại sử dụng. Do những ưu điểm về tính kinh tế, kết nối điện đáng tin cậy, dẫn nhiệt và độ bền cao, không hàn và không chì, bảng mạch làm từ nhôm đã được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng, ô tô, vật tư quân sự và các sản phẩm hàng không vũ trụ. Không còn nghi ngờ gì nữa, mấu chốt của khả năng chịu nhiệt và hiệu suất tản nhiệt của đế kim loại nằm ở độ bám dính giữa tấm kim loại và mặt phẳng mạch.

Làm thế nào để xác định vật liệu nền của PCB của bạn?

Trong thời đại điện tử hiện đại, sự thu nhỏ và độ mỏng của các thiết bị điện tử đã dẫn đến sự xuất hiện của các PCB cứng và PCB linh hoạt / cứng. Vậy loại vật liệu nền nào phù hợp với chúng?

Các lĩnh vực ứng dụng ngày càng tăng của PCB cứng và PCB linh hoạt / cứng đã mang lại những yêu cầu mới về số lượng và hiệu suất. Ví dụ, màng polyimide có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm trong suốt, trắng, đen và vàng, có khả năng chịu nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp để ứng dụng trong các trường hợp khác nhau. Tương tự, nền phim polyester hiệu quả về chi phí sẽ được thị trường chấp nhận do độ đàn hồi cao, ổn định kích thước, chất lượng bề mặt phim, khớp nối quang điện và khả năng chống chịu với môi trường, đáp ứng nhu cầu thay đổi của người sử dụng.

Tương tự như HDI PCB cứng, PCB mềm phải đáp ứng yêu cầu truyền tín hiệu tốc độ cao và tần số cao, đồng thời phải chú ý đến hằng số điện môi và tổn thất điện môi của vật liệu nền mềm. Mạch dẻo có thể được cấu tạo từ polytetrafluoroethylen và chất nền polyimide tiên tiến. Bụi vô cơ và sợi carbon có thể được thêm vào nhựa polyimide để tạo ra chất nền dẫn nhiệt mềm dẻo ba lớp. Vật liệu phụ vô cơ có thể là nhôm nitrua, nhôm oxit hoặc nitrua bo lục giác. Loại vật liệu nền này có hệ số dẫn nhiệt 1.51W / mK, có thể chống lại điện áp 2.5kV và độ cong 180 độ.