Die grundlegenden Eigenschaften der Leiterplatte hängen von der Leistung der Substratplatine ab.Um die technische Leistung der Leiterplatte zu verbessern, muss zunächst die Leistung der Leiterplatte verbessert werden.Um den Anforderungen der Entwicklung der Leiterplatte gerecht zu werden, werden nach und nach verschiedene neue Materialien entwickelt und eingesetzt.

In den letzten Jahren hat sich der Schwerpunkt des PCB-Marktes von Computern auf die Kommunikation verlagert, darunter Basisstationen, Server und mobile Endgeräte.Mobile Kommunikationsgeräte wie Smartphones haben dazu geführt, dass Leiterplatten dichter, dünner und funktionaler geworden sind.Die Leiterplattentechnik ist untrennbar mit den Substratmaterialien verbunden, was auch die technischen Anforderungen an Leiterplattensubstrate mit sich bringt.Der relevante Inhalt der Substratmaterialien ist nun als Referenz für die Branche in einem speziellen Artikel zusammengefasst.

1 Die Nachfrage nach hoher Dichte und feiner Linienführung

1.1 Nachfrage nach Kupferfolie

Leiterplatten entwickeln sich alle in Richtung einer Entwicklung mit hoher Dichte und dünnen Leitungen, wobei HDI-Platinen besonders hervorstechen.Vor zehn Jahren definierte IPC die HDI-Platine als Linienbreite/Linienabstand (L/S) von 0,1 mm/0,1 mm und weniger.Mittlerweile erreicht die Industrie grundsätzlich einen herkömmlichen L/S von 60 μm und einen erweiterten L/S von 40 μm.In Japans Version 2013 der Installationstechnologie-Roadmap-Daten heißt es, dass im Jahr 2014 das herkömmliche L/S der HDI-Platine 50 μm, das erweiterte L/S 35 μm und das im Versuch hergestellte L/S 20 μm betrug.

Bildung von PCB-Schaltungsmustern, der traditionelle chemische Ätzprozess (subtraktive Methode) nach der Fotoabbildung auf dem Kupferfoliensubstrat. Die Mindestgrenze der subtraktiven Methode zur Herstellung feiner Linien liegt bei etwa 30 μm, und es ist ein dünnes Kupferfoliensubstrat (9–12 μm) erforderlich.Aufgrund des hohen Preises für dünne Kupferfolien (CCL) und der vielen Mängel bei der Laminierung dünner Kupferfolien produzieren viele Fabriken 18-μm-Kupferfolien und verwenden dann während der Produktion Ätzen, um die Kupferschicht dünner zu machen.Dieses Verfahren ist mit vielen Prozessen, einer schwierigen Dickenkontrolle und hohen Kosten verbunden.Besser ist es, dünne Kupferfolie zu verwenden.Darüber hinaus ist die dünne Kupferfolie im Allgemeinen schwierig zu handhaben, wenn das L/S-Verhältnis der Leiterplatte weniger als 20 μm beträgt.Es erfordert ein ultradünnes Kupferfoliensubstrat (3–5 μm) und eine ultradünne Kupferfolie, die am Träger befestigt ist.

Zusätzlich zu dünneren Kupferfolien erfordern die aktuellen feinen Linien eine geringe Rauheit der Oberfläche der Kupferfolie.Um die Bindungskraft zwischen der Kupferfolie und dem Substrat zu verbessern und die Abziehfestigkeit des Leiters sicherzustellen, wird die Kupferfolienschicht im Allgemeinen aufgeraut.Die Rauheit der herkömmlichen Kupferfolie beträgt mehr als 5 μm.Durch das Einbetten der rauen Spitzen der Kupferfolie in das Substrat wird die Abschälfestigkeit verbessert. Um jedoch die Genauigkeit des Drahts beim Ätzen der Leitungen zu kontrollieren, kann es leicht dazu kommen, dass die Spitzen des eingebetteten Substrats zurückbleiben, was zu Kurzschlüssen zwischen den Leitungen oder einer verminderten Isolierung führt , was für feine Linien sehr wichtig ist.Die Zeile ist besonders ernst.Daher sind Kupferfolien mit geringer Rauheit (weniger als 3 μm) und sogar geringerer Rauheit (1,5 μm) erforderlich.

1.2 Die Nachfrage nach laminierten dielektrischen Platten

Das technische Merkmal von HDI-Platten besteht darin, dass der Aufbauprozess (BuildingUpProcess), die üblicherweise verwendete harzbeschichtete Kupferfolie (RCC) oder die laminierte Schicht aus halbgehärtetem Epoxidglasgewebe und Kupferfolie es schwierig macht, feine Linien zu erzielen.Gegenwärtig wird tendenziell das semi-additive Verfahren (SAP) oder das verbesserte halbverarbeitete Verfahren (MSAP) übernommen, d Leiterschicht.Da die Kupferschicht extrem dünn ist, lassen sich leicht feine Linien bilden.

Einer der Schlüsselpunkte der semiadditiven Methode ist das laminierte dielektrische Material.Um die Anforderungen feiner Linien mit hoher Dichte zu erfüllen, stellt das laminierte Material die Anforderungen an dielektrische elektrische Eigenschaften, Isolierung, Wärmebeständigkeit, Bindungskraft usw. sowie die Prozessanpassungsfähigkeit von HDI-Platten.Derzeit handelt es sich bei den internationalen HDI-laminierten Medienmaterialien hauptsächlich um Produkte der ABF/GX-Serie der Japan Ajinomoto Company, die Epoxidharz mit verschiedenen Härtern verwenden, um anorganisches Pulver hinzuzufügen, um die Steifigkeit des Materials zu verbessern und den CTE zu reduzieren, sowie Glasfasergewebe dient auch der Erhöhung der Steifigkeit..Ähnliche Dünnschichtlaminatmaterialien gibt es auch von der japanischen Sekisui Chemical Company, und das Taiwan Industrial Technology Research Institute hat ebenfalls solche Materialien entwickelt.Auch ABF-Materialien werden kontinuierlich verbessert und weiterentwickelt.Die neue Generation laminierter Materialien erfordert insbesondere eine geringe Oberflächenrauheit, eine geringe Wärmeausdehnung, einen geringen dielektrischen Verlust und eine dünne, starre Verstärkung.

Im globalen Halbleitergehäuse haben IC-Gehäusesubstrate Keramiksubstrate durch organische Substrate ersetzt.Der Pitch von Flip-Chip (FC)-Verpackungssubstraten wird immer kleiner.Jetzt beträgt die typische Linienbreite/der Linienabstand 15 μm und wird in Zukunft dünner sein.Die Leistung des mehrschichtigen Trägers erfordert hauptsächlich niedrige dielektrische Eigenschaften, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmebeständigkeit sowie das Streben nach kostengünstigen Substraten auf der Grundlage der Erfüllung der Leistungsziele.Derzeit wird bei der Massenproduktion feiner Schaltkreise im Wesentlichen das MSPA-Verfahren aus laminierter Isolierung und dünner Kupferfolie verwendet.Verwenden Sie die SAP-Methode, um Schaltkreismuster mit einem L/S von weniger als 10 μm herzustellen.

Da Leiterplatten immer dichter und dünner werden, hat sich die HDI-Platinentechnologie von kernhaltigen Laminaten zu kernlosen Anylayer-Verbindungslaminaten (Anylayer) weiterentwickelt.Laminat-HDI-Platten mit beliebiger Verbindungsschicht und gleicher Funktion sind besser als kernhaltige HDI-Laminatplatten.Die Fläche und Dicke kann um ca. 25 % reduziert werden.Diese müssen dünner sein und gute elektrische Eigenschaften der dielektrischen Schicht beibehalten.

2 Hohe Frequenz- und Geschwindigkeitsanforderungen

Die elektronische Kommunikationstechnologie reicht von kabelgebunden bis drahtlos, von Niederfrequenz und niedriger Geschwindigkeit bis hin zu Hochfrequenz und hoher Geschwindigkeit.Die aktuelle Mobiltelefonleistung hat 4G erreicht und wird sich in Richtung 5G bewegen, d. h. schnellere Übertragungsgeschwindigkeit und größere Übertragungskapazität.Das Aufkommen des globalen Cloud-Computing-Zeitalters hat den Datenverkehr verdoppelt, und Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitskommunikationsgeräte sind ein unvermeidlicher Trend.PCB ist für Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsübertragung geeignet.Neben der Reduzierung von Signalinterferenzen und -verlusten beim Schaltungsdesign, der Aufrechterhaltung der Signalintegrität und der Einhaltung der Designanforderungen bei der Leiterplattenfertigung ist es wichtig, über ein Hochleistungssubstrat zu verfügen.

Um das Problem der Erhöhung der Geschwindigkeit und Signalintegrität von Leiterplatten zu lösen, konzentrieren sich Konstrukteure hauptsächlich auf die Verlusteigenschaften elektrischer Signale.Die Schlüsselfaktoren für die Auswahl des Substrats sind die Dielektrizitätskonstante (Dk) und der dielektrische Verlust (Df).Wenn Dk niedriger als 4 und Df0,010 ist, handelt es sich um ein Laminat mit mittlerem Dk/Df, und wenn Dk niedriger als 3,7 und Df0,005 niedriger ist, handelt es sich um Laminate mit niedrigem Dk/Df-Grad. Jetzt gibt es eine Vielzahl von Substraten um in den Markt einzutreten, aus dem man wählen kann.

Derzeit sind die am häufigsten verwendeten Hochfrequenz-Leiterplattensubstrate hauptsächlich Harze auf Fluorbasis, Polyphenylenetherharze (PPO oder PPE) und modifizierte Epoxidharze.Dielektrische Substrate auf Fluorbasis wie Polytetrafluorethylen (PTFE) weisen die niedrigsten dielektrischen Eigenschaften auf und werden üblicherweise oberhalb von 5 GHz verwendet.Es gibt auch modifizierte Epoxid-FR-4- oder PPO-Substrate.

Neben den oben genannten Harzen und anderen Isoliermaterialien ist auch die Oberflächenrauheit (Profil) des Leiterkupfers ein wichtiger Faktor für den Signalübertragungsverlust, der durch den Skin-Effekt (SkinEffect) beeinflusst wird.Der Skin-Effekt ist die elektromagnetische Induktion, die bei der Hochfrequenzsignalübertragung im Draht erzeugt wird. Die Induktivität ist in der Mitte des Drahtabschnitts groß, sodass sich der Strom oder das Signal tendenziell auf der Oberfläche des Drahtes konzentriert.Die Oberflächenrauheit des Leiters beeinflusst den Verlust des Übertragungssignals und der Verlust der glatten Oberfläche ist gering.

Bei gleicher Frequenz ist der Signalverlust umso größer, je größer die Rauheit der Kupferoberfläche ist.Daher versuchen wir in der tatsächlichen Produktion, die Rauheit der Oberflächenkupferdicke so weit wie möglich zu kontrollieren.Die Rauheit ist so gering wie möglich, ohne die Klebekraft zu beeinträchtigen.Speziell für Signale im Bereich über 10 GHz.Bei 10 GHz muss die Rauheit der Kupferfolie weniger als 1 μm betragen, und es ist besser, superplanare Kupferfolie (Oberflächenrauheit 0,04 μm) zu verwenden.Die Oberflächenrauheit der Kupferfolie muss außerdem mit einer geeigneten Oxidationsbehandlung und einem Bindeharzsystem kombiniert werden.In naher Zukunft wird es eine harzbeschichtete Kupferfolie ohne nahezu Kontur geben, die eine höhere Schälfestigkeit aufweisen kann und den dielektrischen Verlust nicht beeinträchtigt.