As características básicas da placa de circuito impresso dependem do desempenho da placa substrato.Para melhorar o desempenho técnico da placa de circuito impresso, o desempenho da placa de substrato de circuito impresso deve ser melhorado primeiro.Para atender às necessidades de desenvolvimento da placa de circuito impresso, diversos novos materiais estão sendo gradativamente desenvolvidos e colocados em uso.
Nos últimos anos, o mercado de PCB mudou seu foco dos computadores para as comunicações, incluindo estações base, servidores e terminais móveis.Dispositivos de comunicação móvel representados por smartphones levaram os PCBs a maior densidade, mais finos e com maior funcionalidade.A tecnologia de circuito impresso é inseparável dos materiais de substrato, o que também envolve os requisitos técnicos dos substratos de PCB.O conteúdo relevante dos materiais de substrato está agora organizado em um artigo especial para referência da indústria.
1 A demanda por alta densidade e linhas finas
1.1 Demanda por folha de cobre
Todos os PCBs estão se desenvolvendo em direção ao desenvolvimento de alta densidade e linhas finas, e as placas HDI são particularmente proeminentes.Há dez anos, o IPC definiu a placa HDI como largura de linha/espaçamento entre linhas (L/S) de 0,1 mm/0,1 mm e abaixo.Agora a indústria basicamente atinge um L/S convencional de 60μm e um L/S avançado de 40μm.A versão de 2013 do Japão dos dados do roteiro de tecnologia de instalação é que em 2014, o L/S convencional da placa HDI era de 50μm, o L/S avançado era de 35μm e o L/S produzido em teste era de 20μm.
Formação de padrão de circuito PCB, o processo de gravação química tradicional (método subtrativo) após fotoimagem no substrato de folha de cobre, o limite mínimo do método subtrativo para fazer linhas finas é de cerca de 30 μm, e substrato de folha de cobre fina (9 ~ 12 μm) é necessário.Devido ao alto preço da folha de cobre fina CCL e aos muitos defeitos na laminação da folha de cobre fina, muitas fábricas produzem folha de cobre de 18 μm e depois usam gravação para diluir a camada de cobre durante a produção.Este método possui muitos processos, difícil controle de espessura e alto custo.É melhor usar uma folha fina de cobre.Além disso, quando o circuito PCB L/S é inferior a 20μm, a fina folha de cobre é geralmente difícil de manusear.Requer um substrato de folha de cobre ultrafino (3 ~ 5 μm) e uma folha de cobre ultrafina anexada ao transportador.
Além das folhas de cobre mais finas, as linhas finas atuais exigem baixa rugosidade na superfície da folha de cobre.Geralmente, para melhorar a força de ligação entre a folha de cobre e o substrato e para garantir a resistência ao descascamento do condutor, a camada da folha de cobre é rugosa.A rugosidade da folha de cobre convencional é superior a 5μm.A incorporação dos picos ásperos da folha de cobre no substrato melhora a resistência ao descascamento, mas para controlar a precisão do fio durante a gravação da linha, é fácil manter os picos do substrato de incorporação restantes, causando curtos-circuitos entre as linhas ou diminuição do isolamento , o que é muito importante para linhas finas.A linha é particularmente séria.Portanto, são necessárias folhas de cobre com baixa rugosidade (menos de 3 μm) e ainda menor rugosidade (1,5 μm).
1.2 A demanda por chapas dielétricas laminadas
A característica técnica da placa HDI é que o processo de acumulação (BuildingUpProcess), a folha de cobre revestida com resina (RCC) comumente usada ou a camada laminada de tecido de vidro epóxi semicurado e folha de cobre são difíceis de obter linhas finas.Atualmente, o método semi-aditivo (SAP) ou o método semiprocessado melhorado (MSAP) tende a ser adotado, ou seja, um filme dielétrico isolante é usado para empilhamento e, em seguida, o revestimento de cobre sem eletrólito é usado para formar um cobre camada condutora.Como a camada de cobre é extremamente fina, é fácil formar linhas finas.
Um dos pontos-chave do método semi-aditivo é o material dielétrico laminado.Para atender aos requisitos de linhas finas de alta densidade, o material laminado apresenta os requisitos de propriedades elétricas dielétricas, isolamento, resistência ao calor, força de ligação, etc., bem como a adaptabilidade do processo da placa HDI.Atualmente, os materiais de mídia laminados HDI internacionais são principalmente os produtos da série ABF/GX da Japan Ajinomoto Company, que usam resina epóxi com diferentes agentes de cura para adicionar pó inorgânico para melhorar a rigidez do material e reduzir o CTE, e tecido de fibra de vidro também é usado para aumentar a rigidez..Existem também materiais laminados de película fina semelhantes da Sekisui Chemical Company do Japão, e o Instituto de Pesquisa de Tecnologia Industrial de Taiwan também desenvolveu esses materiais.Os materiais ABF também são continuamente melhorados e desenvolvidos.A nova geração de materiais laminados requer particularmente baixa rugosidade superficial, baixa expansão térmica, baixa perda dielétrica e reforço rígido fino.
Nas embalagens globais de semicondutores, os substratos de embalagens IC substituíram os substratos cerâmicos por substratos orgânicos.A densidade dos substratos de embalagem flip chip (FC) está ficando cada vez menor.Agora, a largura/espaçamento entre linhas típico é de 15 μm e será mais fino no futuro.O desempenho do transportador multicamadas requer principalmente baixas propriedades dielétricas, baixo coeficiente de expansão térmica e alta resistência ao calor, e a busca de substratos de baixo custo com base no cumprimento das metas de desempenho.Atualmente, a produção em massa de circuitos finos adota basicamente o processo MSPA de isolamento laminado e folha fina de cobre.Use o método SAP para fabricar padrões de circuito com L/S inferior a 10μm.
À medida que os PCBs se tornam mais densos e finos, a tecnologia da placa HDI evoluiu de laminados contendo núcleo para laminados de interconexão Anylayer sem núcleo (Anylayer).Placas HDI laminadas de interconexão de qualquer camada com a mesma função são melhores do que placas HDI laminadas contendo núcleo.A área e a espessura podem ser reduzidas em cerca de 25%.Estes devem ser mais finos e manter boas propriedades elétricas da camada dielétrica.
2 Demanda de alta frequência e alta velocidade
A tecnologia de comunicação eletrônica varia de com fio a sem fio, de baixa frequência e baixa velocidade a alta frequência e alta velocidade.O desempenho atual do celular entrou no 4G e passará para o 5G, ou seja, velocidade de transmissão mais rápida e maior capacidade de transmissão.O advento da era global da computação em nuvem dobrou o tráfego de dados e os equipamentos de comunicação de alta frequência e alta velocidade são uma tendência inevitável.PCB é adequado para transmissão de alta frequência e alta velocidade.Além de reduzir a interferência e perda de sinal no projeto do circuito, manter a integridade do sinal e manter a fabricação de PCB para atender aos requisitos do projeto, é importante ter um substrato de alto desempenho.
A fim de resolver o problema do aumento da velocidade e integridade do sinal do PCB, os engenheiros de projeto se concentram principalmente nas propriedades de perda de sinal elétrico.Os fatores chave para a seleção do substrato são a constante dielétrica (Dk) e a perda dielétrica (Df).Quando Dk é inferior a 4 e Df0,010, é um laminado Dk/Df médio, e quando Dk é inferior a 3,7 e Df0,005 é inferior, são laminados de baixo grau Dk/Df, agora há uma variedade de substratos para entrar no mercado para escolher.
Atualmente, os substratos de placas de circuito de alta frequência mais comumente usados são principalmente resinas à base de flúor, resinas de éter de polifenileno (PPO ou PPE) e resinas epóxi modificadas.Substratos dielétricos à base de flúor, como o politetrafluoroetileno (PTFE), têm as propriedades dielétricas mais baixas e são geralmente usados acima de 5 GHz.Existem também substratos epóxi FR-4 ou PPO modificados.
Além da resina acima mencionada e de outros materiais isolantes, a rugosidade da superfície (perfil) do cobre condutor também é um fator importante que afeta a perda de transmissão do sinal, que é afetada pelo efeito de pele (SkinEffect).O efeito pelicular é a indução eletromagnética gerada no fio durante a transmissão do sinal de alta frequência, e a indutância é grande no centro da seção do fio, de modo que a corrente ou sinal tende a se concentrar na superfície do fio.A rugosidade da superfície do condutor afeta a perda do sinal de transmissão e a perda da superfície lisa é pequena.
Na mesma frequência, quanto maior for a rugosidade da superfície do cobre, maior será a perda de sinal.Portanto, na produção real, tentamos controlar ao máximo a rugosidade da espessura da superfície do cobre.A rugosidade é a menor possível sem afetar a força de ligação.Especialmente para sinais na faixa acima de 10 GHz.Em 10GHz, a rugosidade da folha de cobre precisa ser inferior a 1μm, e é melhor usar folha de cobre superplanar (rugosidade da superfície 0,04μm).A rugosidade da superfície da folha de cobre também precisa ser combinada com um tratamento de oxidação adequado e um sistema de resina de ligação.Num futuro próximo, haverá uma folha de cobre revestida com resina quase sem contorno, que pode ter maior resistência ao descascamento e não afetará a perda dielétrica.