Le caratteristiche di base del circuito stampato dipendono dalle prestazioni del pannello di supporto.Per migliorare le prestazioni tecniche del circuito stampato, è necessario prima migliorare le prestazioni del substrato del circuito stampato.Per soddisfare le esigenze di sviluppo del circuito stampato, vengono gradualmente sviluppati e messi in uso vari nuovi materiali.

Negli ultimi anni, il mercato dei PCB ha spostato la sua attenzione dai computer alle comunicazioni, comprese le stazioni base, i server e i terminali mobili.I dispositivi di comunicazione mobile rappresentati dagli smartphone hanno portato i PCB verso una densità più elevata, più sottili e con funzionalità più elevate.La tecnologia dei circuiti stampati è inseparabile dai materiali dei substrati, il che coinvolge anche i requisiti tecnici dei substrati PCB.Il contenuto rilevante dei materiali del substrato è ora organizzato in un articolo speciale come riferimento del settore.

1 La richiesta di alta densità e linea sottile

1.1 Domanda di foglio di rame

Tutti i PCB si stanno sviluppando verso uno sviluppo ad alta densità e linea sottile e le schede HDI sono particolarmente importanti.Dieci anni fa, IPC ha definito la scheda HDI come larghezza di linea/interlinea (L/S) di 0,1 mm/0,1 mm e inferiore.Ora l’industria raggiunge sostanzialmente un L/S convenzionale di 60μm e un L/S avanzato di 40μm.Secondo la versione giapponese del 2013 dei dati della tabella di marcia della tecnologia di installazione, nel 2014 l'L/S convenzionale della scheda HDI era di 50 μm, l'L/S avanzato era di 35 μm e l'L/S prodotto in prova era di 20 μm.

Formazione del modello di circuito PCB, il tradizionale processo di incisione chimica (metodo sottrattivo) dopo la fotoimaging sul substrato di lamina di rame, il limite minimo del metodo sottrattivo per creare linee sottili è di circa 30μm ed è richiesto un substrato di lamina di rame sottile (9~12μm).A causa del prezzo elevato del foglio di rame sottile CCL e dei numerosi difetti nella laminazione del foglio di rame sottile, molte fabbriche producono un foglio di rame da 18μm e quindi utilizzano l'incisione per assottigliare lo strato di rame durante la produzione.Questo metodo prevede numerosi processi, un difficile controllo dello spessore e costi elevati.È meglio usare un foglio di rame sottile.Inoltre, quando il L/S del circuito PCB è inferiore a 20μm, il sottile foglio di rame è generalmente difficile da maneggiare.Richiede un substrato di lamina di rame ultrasottile (3~5μm) e un foglio di rame ultrasottile attaccato al supporto.

Oltre alle lamine di rame più sottili, le attuali linee sottili richiedono una bassa rugosità sulla superficie della lamina di rame.Generalmente, per migliorare la forza di adesione tra il foglio di rame e il substrato e per garantire la resistenza alla pelatura del conduttore, lo strato di foglio di rame viene irruvidito.La rugosità del foglio di rame convenzionale è maggiore di 5μm.L'inclusione dei picchi ruvidi del foglio di rame nel substrato migliora la resistenza alla pelatura, ma per controllare la precisione del filo durante l'incisione della linea, è facile che i picchi del substrato di inclusione rimangano, causando cortocircuiti tra le linee o riduzione dell'isolamento , che è molto importante per le linee sottili.La linea è particolarmente grave.Pertanto sono necessarie lamine di rame con rugosità bassa (meno di 3 μm) e ancora più bassa (1,5 μm).

1.2 La domanda di fogli dielettrici laminati

La caratteristica tecnica del pannello HDI è che il processo di accumulo (BuildingUpProcess), il foglio di rame rivestito di resina (RCC) comunemente usato o lo strato laminato di tessuto di vetro epossidico semi-indurito e foglio di rame è difficile da ottenere linee sottili.Attualmente, si tende ad adottare il metodo semi-additivo (SAP) o il metodo semi-lavorato migliorato (MSAP), ovvero viene utilizzato un film dielettrico isolante per l'impilamento e quindi viene utilizzata la placcatura di rame chimica per formare un rame strato conduttore.Poiché lo strato di rame è estremamente sottile, è facile che si formino linee sottili.

Uno dei punti chiave del metodo semi-additivo è il materiale dielettrico laminato.Per soddisfare i requisiti delle linee sottili ad alta densità, il materiale laminato presenta i requisiti di proprietà elettriche dielettriche, isolamento, resistenza al calore, forza di adesione, ecc., nonché l'adattabilità del processo del pannello HDI.Attualmente, i materiali multimediali laminati HDI internazionali sono principalmente i prodotti della serie ABF/GX della società giapponese Ajinomoto, che utilizzano resina epossidica con diversi agenti indurenti per aggiungere polvere inorganica per migliorare la rigidità del materiale e ridurre il CTE, e tessuto in fibra di vetro viene utilizzato anche per aumentare la rigidità..Esistono anche materiali laminati a film sottile simili della Sekisui Chemical Company del Giappone e anche il Taiwan Industrial Technology Research Institute ha sviluppato tali materiali.Anche i materiali ABF vengono continuamente migliorati e sviluppati.La nuova generazione di materiali laminati richiede in particolare bassa rugosità superficiale, bassa dilatazione termica, bassa perdita dielettrica e sottile rinforzo rigido.

Nel packaging globale dei semiconduttori, i substrati di confezionamento dei circuiti integrati hanno sostituito i substrati ceramici con substrati organici.Il passo dei substrati di imballaggio flip chip (FC) sta diventando sempre più piccolo.Attualmente la larghezza/interlinea tipica è di 15μm e in futuro sarà più sottile.Le prestazioni del supporto multistrato richiedono principalmente basse proprietà dielettriche, basso coefficiente di dilatazione termica ed elevata resistenza al calore, nonché la ricerca di substrati a basso costo sulla base del raggiungimento degli obiettivi prestazionali.Allo stato attuale, la produzione in serie di circuiti sottili adotta fondamentalmente il processo MSPA di isolamento laminato e foglio di rame sottile.Utilizzare il metodo SAP per produrre modelli di circuiti con L/S inferiore a 10μm.

Quando i PCB diventano più densi e sottili, la tecnologia delle schede HDI si è evoluta dai laminati contenenti nucleo ai laminati di interconnessione Anylayer senza nucleo (Anylayer).I pannelli HDI laminati con interconnessione a qualsiasi strato con la stessa funzione sono migliori dei pannelli HDI laminati contenenti un nucleo.L'area e lo spessore possono essere ridotti di circa il 25%.Questi devono utilizzare un diluente e mantenere buone proprietà elettriche dello strato dielettrico.

2 Richiesta di alta frequenza e alta velocità

La tecnologia della comunicazione elettronica spazia dal cavo al wireless, dalla bassa frequenza e bassa velocità all'alta frequenza e alta velocità.Le attuali prestazioni dei telefoni cellulari sono entrate nel 4G e si sposteranno verso il 5G, ovvero velocità di trasmissione più elevate e capacità di trasmissione maggiore.L’avvento dell’era globale del cloud computing ha raddoppiato il traffico dati e le apparecchiature di comunicazione ad alta frequenza e ad alta velocità rappresentano una tendenza inevitabile.Il PCB è adatto per la trasmissione ad alta frequenza e ad alta velocità.Oltre a ridurre le interferenze e le perdite del segnale nella progettazione del circuito, a mantenere l'integrità del segnale e a garantire che la produzione PCB soddisfi i requisiti di progettazione, è importante disporre di un substrato ad alte prestazioni.

Per risolvere il problema dell'aumento della velocità del PCB e dell'integrità del segnale, gli ingegneri progettisti si concentrano principalmente sulle proprietà di perdita del segnale elettrico.I fattori chiave per la scelta del substrato sono la costante dielettrica (Dk) e la perdita dielettrica (Df).Quando Dk è inferiore a 4 e Df 0,010, si tratta di un laminato Dk/Df medio, e quando Dk è inferiore a 3,7 e Df 0,005 è inferiore, si tratta di laminati di grado Dk/Df basso, ora esistono una varietà di substrati entrare nel mercato tra cui scegliere.

Attualmente, i substrati per circuiti stampati ad alta frequenza più comunemente utilizzati sono principalmente resine a base di fluoro, resine di polifenilene etere (PPO o PPE) e resine epossidiche modificate.I substrati dielettrici a base di fluoro, come il politetrafluoroetilene (PTFE), hanno le proprietà dielettriche più basse e vengono solitamente utilizzati al di sopra dei 5 GHz.Esistono anche substrati epossidici modificati FR-4 o PPO.

Oltre alla resina sopra citata e ad altri materiali isolanti, anche la rugosità superficiale (profilo) del rame conduttore è un fattore importante che influenza la perdita di trasmissione del segnale, che viene influenzata dall'effetto pelle (SkinEffect).L'effetto pelle è l'induzione elettromagnetica generata nel filo durante la trasmissione del segnale ad alta frequenza e l'induttanza è grande al centro della sezione del filo, in modo che la corrente o il segnale tendano a concentrarsi sulla superficie del filo.La rugosità superficiale del conduttore influisce sulla perdita del segnale di trasmissione e la perdita di superficie liscia è piccola.

A parità di frequenza, maggiore è la rugosità della superficie del rame, maggiore sarà la perdita di segnale.Pertanto, nella produzione vera e propria, cerchiamo di controllare il più possibile la rugosità dello spessore superficiale del rame.La rugosità è la più piccola possibile senza influire sulla forza di adesione.Soprattutto per segnali nella gamma superiore a 10 GHz.A 10 GHz, la rugosità del foglio di rame deve essere inferiore a 1μm ed è preferibile utilizzare un foglio di rame superplanare (rugosità superficiale 0,04μm).Anche la rugosità superficiale della lamina di rame necessita di essere abbinata ad un idoneo trattamento di ossidazione e sistema di resine leganti.Nel prossimo futuro, ci sarà un foglio di rame rivestito di resina quasi senza contorno, che può avere una maggiore resistenza alla pelatura e non influirà sulla perdita dielettrica.