Základné charakteristiky dosky s plošnými spojmi závisia od výkonu základnej dosky.Aby sa zlepšil technický výkon dosky s plošnými spojmi, musí sa najprv zlepšiť výkon dosky substrátu s plošnými spojmi.Pre potreby vývoja dosky plošných spojov sa postupne vyvíjajú a uvádzajú do používania rôzne nové materiály.
V posledných rokoch sa trh s plošnými spojmi presunul z počítačov na komunikáciu vrátane základňových staníc, serverov a mobilných terminálov.Mobilné komunikačné zariadenia reprezentované smartfónmi priviedli dosky plošných spojov k vyššej hustote, tenšiemu a vyššej funkčnosti.Technológia tlačených spojov je neoddeliteľná od substrátových materiálov, čo zahŕňa aj technické požiadavky na substráty DPS.Príslušný obsah substrátových materiálov je teraz usporiadaný do špeciálneho článku pre referenciu priemyslu.
1 Požiadavka na vysokú hustotu a jemné línie
1.1 Dopyt po medenej fólii
Všetky dosky plošných spojov sa vyvíjajú smerom k vývoju s vysokou hustotou a tenkými čiarami a obzvlášť významné sú dosky HDI.Pred desiatimi rokmi IPC definovalo HDI dosku ako šírku riadku/rozstup riadkov (L/S) 0,1 mm/0,1 mm a menej.Teraz priemysel v podstate dosahuje konvenčnú L/S 60 μm a pokročilú L/S 40 μm.Japonská verzia údajov plánu inštalačnej technológie z roku 2013 uvádza, že v roku 2014 bola konvenčná L/S dosky HDI 50 μm, pokročilá L/S bola 35 μm a skúšobná L/S bola 20 μm.
Tvorba vzoru obvodu PCB, tradičný proces chemického leptania (subtraktívna metóda) po fotozobrazovaní na substráte z medenej fólie, minimálny limit subtraktívnej metódy na vytváranie jemných čiar je asi 30 μm a je potrebný substrát z tenkej medenej fólie (9 ~ 12 μm).Kvôli vysokej cene tenkej medenej fólie CCL a mnohým chybám v laminácii tenkej medenej fólie mnohé továrne vyrábajú 18μm medenú fóliu a potom používajú leptanie na zoslabenie medenej vrstvy počas výroby.Táto metóda má mnoho procesov, náročnú kontrolu hrúbky a vysoké náklady.Je lepšie použiť tenkú medenú fóliu.Okrem toho, keď je obvod PCB L/S menší ako 20 μm, s tenkou medenou fóliou sa vo všeobecnosti ťažko manipuluje.Vyžaduje ultratenkú medenú fóliu (3~5μm) substrát a ultratenkú medenú fóliu pripevnenú k nosiču.
Okrem tenších medených fólií vyžadujú súčasné jemné línie nízku drsnosť povrchu medenej fólie.Vo všeobecnosti je vrstva medenej fólie zdrsnená, aby sa zlepšila väzbová sila medzi medenou fóliou a substrátom a zabezpečila sa pevnosť vodiča v odlupovaní.Drsnosť bežnej medenej fólie je väčšia ako 5 μm.Zabudovanie hrubých vrcholov medenej fólie do substrátu zlepšuje odolnosť proti odlupovaniu, ale aby bolo možné kontrolovať presnosť drôtu počas leptania čiary, je ľahké nechať špičky zalievacieho substrátu ponechať, čo spôsobuje skraty medzi čiarami alebo zníženú izoláciu , čo je pre jemné linky veľmi dôležité.Línia je obzvlášť vážna.Preto sú potrebné medené fólie s nízkou drsnosťou (menej ako 3 μm) a ešte nižšou drsnosťou (1,5 μm).
1.2 Dopyt po laminovaných dielektrických doskách
Technickým znakom dosky HDI je, že procesom nanášania (BuildingUpProcess), bežne používanou medenou fóliou potiahnutou živicou (RCC) alebo laminovanou vrstvou polovytvrdenej epoxidovej sklenenej tkaniny a medenej fólie je ťažké dosiahnuť jemné línie.V súčasnosti sa používa poloaditívna metóda (SAP) alebo vylepšená polospracovaná metóda (MSAP), čo znamená, že na stohovanie sa používa izolačný dielektrický film a potom sa na vytvorenie medi používa bezprúdové pokovovanie. vodivá vrstva.Pretože medená vrstva je extrémne tenká, je ľahké vytvárať jemné línie.
Jedným z kľúčových bodov semiaditívnej metódy je laminovaný dielektrický materiál.Aby sa splnili požiadavky na jemné línie s vysokou hustotou, laminovaný materiál kladie požiadavky na dielektrické elektrické vlastnosti, izoláciu, tepelnú odolnosť, spojovaciu silu atď., Ako aj na procesnú prispôsobivosť dosky HDI.V súčasnosti sú medzinárodnými materiálmi laminovaných médií HDI hlavne produkty série ABF/GX spoločnosti Japan Ajinomoto Company, ktoré používajú epoxidovú živicu s rôznymi vytvrdzovacími činidlami na pridanie anorganického prášku na zlepšenie tuhosti materiálu a zníženie CTE a tkaninu zo sklenených vlákien. sa používa aj na zvýšenie tuhosti..Existujú aj podobné tenkovrstvové laminátové materiály japonskej Sekisui Chemical Company a Taiwanský inštitút pre výskum priemyselných technológií tiež vyvinul takéto materiály.Materiály ABF sa tiež neustále zdokonaľujú a vyvíjajú.Nová generácia laminovaných materiálov vyžaduje najmä nízku drsnosť povrchu, nízku tepelnú rozťažnosť, nízke dielektrické straty a tenké tuhé spevnenie.
V globálnom balení polovodičov nahradili obalové substráty IC keramické substráty organickými substrátmi.Rozstup obalových substrátov flip chip (FC) je čoraz menší.Teraz je typická šírka čiary/riadkovanie 15 μm a v budúcnosti bude tenšia.Výkon viacvrstvového nosiča vyžaduje predovšetkým nízke dielektrické vlastnosti, nízky koeficient tepelnej rozťažnosti a vysokú tepelnú odolnosť a hľadanie lacných substrátov na základe plnenia výkonnostných cieľov.V súčasnosti masová výroba jemných obvodov v podstate prijíma proces MSPA laminovanej izolácie a tenkej medenej fólie.Použite metódu SAP na výrobu vzorov obvodov s L/S menej ako 10 μm.
Keď sa dosky plošných spojov stanú hustejšími a tenšími, technológia dosiek HDI sa vyvinula z laminátov obsahujúcich jadro na bezjadrové prepojovacie lamináty Anylayer (Anylayer).Prepojovacie laminátové HDI dosky ľubovoľnej vrstvy s rovnakou funkciou sú lepšie ako laminátové HDI dosky s jadrom.Plochu a hrúbku je možné zmenšiť asi o 25 %.Tieto musia používať tenšie a udržiavať dobré elektrické vlastnosti dielektrickej vrstvy.
2 Požiadavka na vysokú frekvenciu a vysokú rýchlosť
Elektronická komunikačná technológia siaha od káblovej po bezdrôtovú, od nízkej frekvencie a nízkej rýchlosti po vysokofrekvenčnú a vysokorýchlostnú.Súčasný výkon mobilných telefónov vstúpil do 4G a bude smerovať k 5G, teda vyššej prenosovej rýchlosti a väčšej prenosovej kapacite.Nástup globálnej éry cloud computingu zdvojnásobil dátovú prevádzku a vysokofrekvenčné a vysokorýchlostné komunikačné zariadenia sú nevyhnutným trendom.PCB je vhodná pre vysokofrekvenčný a vysokorýchlostný prenos.Okrem zníženia rušenia signálu a strát pri návrhu obvodu, zachovania integrity signálu a zachovania výroby PCB, aby sa splnili konštrukčné požiadavky, je dôležité mať vysokovýkonný substrát.
S cieľom vyriešiť problém zvýšenia rýchlosti a integrity signálu PCB sa dizajnéri zameriavajú hlavne na vlastnosti straty elektrického signálu.Kľúčovými faktormi pre výber substrátu sú dielektrická konštanta (Dk) a dielektrická strata (Df).Keď je Dk nižšia ako 4 a Df0,010, ide o stredný laminát Dk/Df, a keď je Dk nižšia ako 3,7 a Df0,005 nižšia, ide o lamináty s nízkou kvalitou Dk/Df, teraz existuje množstvo substrátov vstúpiť na trh z čoho vyberať.
V súčasnosti sú najbežnejšie používanými substrátmi vysokofrekvenčných dosiek plošných spojov najmä živice na báze fluóru, živice polyfenylénéter (PPO alebo PPE) a modifikované epoxidové živice.Dielektrické substráty na báze fluóru, ako je polytetrafluóretylén (PTFE), majú najnižšie dielektrické vlastnosti a zvyčajne sa používajú nad 5 GHz.Existujú aj modifikované epoxidové FR-4 alebo PPO substráty.
Okrem vyššie uvedenej živice a iných izolačných materiálov je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim stratu prenosu signálu aj povrchová drsnosť (profil) medi vodiča, ktorá je ovplyvnená skinefektom (SkinEffect).Kožný efekt je elektromagnetická indukcia generovaná v drôte počas prenosu vysokofrekvenčného signálu a indukčnosť je veľká v strede časti drôtu, takže prúd alebo signál má tendenciu koncentrovať sa na povrchu drôtu.Drsnosť povrchu vodiča ovplyvňuje stratu prenosového signálu a strata hladkého povrchu je malá.
Pri rovnakej frekvencii, čím väčšia je drsnosť medeného povrchu, tým väčšia je strata signálu.Preto sa pri skutočnej výrobe snažíme čo najviac kontrolovať drsnosť povrchovej hrúbky medi.Drsnosť je čo najmenšia bez ovplyvnenia lepiacej sily.Najmä pre signály v rozsahu nad 10 GHz.Pri 10 GHz musí byť drsnosť medenej fólie menšia ako 1 μm a je lepšie použiť superrovinnú medenú fóliu (drsnosť povrchu 0,04 μm).Drsnosť povrchu medenej fólie je tiež potrebné kombinovať s vhodnou oxidačnou úpravou a spojivovým živicovým systémom.V blízkej budúcnosti bude k dispozícii medená fólia potiahnutá živicou takmer bez obrysu, ktorá môže mať vyššiu pevnosť v odlupovaní a neovplyvní dielektrickú stratu.