Osnovne lastnosti tiskanega vezja so odvisne od zmogljivosti substrata.Za izboljšanje tehnične zmogljivosti tiskanega vezja je treba najprej izboljšati delovanje plošče substrata tiskanega vezja.Da bi zadostili potrebam razvoja tiskanega vezja, se postopoma razvijajo in dajejo v uporabo različni novi materiali.
V zadnjih letih se je trg PCB osredotočil z računalnikov na komunikacije, vključno z baznimi postajami, strežniki in mobilnimi terminali.Mobilne komunikacijske naprave, ki jih predstavljajo pametni telefoni, so PCB-je pripeljale do večje gostote, tanjših in večjih funkcij.Tehnologija tiskanih vezij je neločljiva od materialov substrata, kar vključuje tudi tehnične zahteve za substrate PCB.Ustrezna vsebina substratnih materialov je zdaj organizirana v poseben članek za referenco industrije.
1 Povpraševanje po visoki gostoti in finih linijah
1.1 Povpraševanje po bakreni foliji
PCB-ji se razvijajo v smeri razvoja visoke gostote in tankih linij, plošče HDI pa so še posebej vidne.Pred desetimi leti je IPC ploščo HDI opredelil kot širino črte/razmik med vrsticami (L/S) 0,1 mm/0,1 mm in manj.Zdaj industrija v bistvu dosega konvencionalni L/S 60 μm in napredni L/S 40 μm.Japonska različica časovnega načrta za tehnologijo namestitve iz leta 2013 pravi, da je bil leta 2014 konvencionalni L/S plošče HDI 50 μm, napredni L/S 35 μm in poskusno proizvedeni L/S 20 μm.
Tvorba vzorca PCB vezja, tradicionalni postopek kemičnega jedkanja (subtraktivna metoda) po fotoslikanju na substratu iz bakrene folije, najmanjša meja subtraktivne metode za izdelavo finih linij je približno 30 μm in potreben je substrat iz tanke bakrene folije (9 ~ 12 μm).Zaradi visoke cene tanke bakrene folije CCL in številnih napak pri laminaciji tanke bakrene folije številne tovarne proizvajajo bakreno folijo debeline 18 μm in nato med proizvodnjo uporabljajo jedkanje za stanjšanje bakrene plasti.Ta metoda ima veliko postopkov, težko kontrolo debeline in visoke stroške.Bolje je uporabiti tanko bakreno folijo.Poleg tega, ko je L/S vezja PCB manjši od 20 μm, je tanko bakreno folijo na splošno težko obvladovati.Potrebuje ultratanek substrat iz bakrene folije (3~5 μm) in ultratanko bakreno folijo, pritrjeno na nosilec.
Poleg tanjših bakrenih folij trenutne fine črte zahtevajo nizko hrapavost na površini bakrene folije.Na splošno je plast bakrene folije hrapava, da bi izboljšali vezno silo med bakreno folijo in substratom ter zagotovili trdnost luščenja prevodnika.Hrapavost običajne bakrene folije je večja od 5 μm.Vdelava hrapavih vrhov bakrene folije v substrat izboljša odpornost proti lupljenju, vendar je za nadzor natančnosti žice med jedkanjem črte enostavno ohraniti vrhove substrata za vdelavo, kar povzroči kratke stike med linijami ali zmanjšano izolacijo. , kar je zelo pomembno za drobne gubice.Linija je še posebej resna.Zato so potrebne bakrene folije z nizko hrapavostjo (manj kot 3 μm) in še nižjo hrapavost (1,5 μm).
1.2 Povpraševanje po laminiranih dielektričnih ploščah
Tehnična značilnost plošče HDI je, da je s postopkom gradnje (BuildingUpProcess), običajno uporabljeno bakreno folijo, prevlečeno s smolo (RCC), ali laminirano plastjo polposušene epoksi steklene tkanine in bakrene folije težko doseči fine linije.Trenutno se običajno uporablja pol-aditivna metoda (SAP) ali izboljšana polpredelana metoda (MSAP), to je, da se za zlaganje uporablja izolacijski dielektrični film, nato pa se za oblikovanje bakra uporabi brezelektrično bakrenje prevodni sloj.Ker je bakrena plast izjemno tanka, je enostavno oblikovati drobne črte.
Ena od ključnih točk pol-aditivne metode je laminiran dielektrični material.Da bi izpolnili zahteve glede finih linij visoke gostote, laminirani material postavlja zahteve glede dielektričnih električnih lastnosti, izolacije, toplotne odpornosti, vezne sile itd., kot tudi glede prilagodljivosti postopka plošče HDI.Trenutno so mednarodni laminirani medijski materiali HDI v glavnem izdelki serije ABF/GX japonskega podjetja Ajinomoto, ki uporabljajo epoksi smolo z različnimi strjevalnimi sredstvi za dodajanje anorganskega prahu za izboljšanje togosti materiala in zmanjšanje CTE ter tkanino iz steklenih vlaken Uporablja se tudi za povečanje togosti..Obstajajo tudi podobni tankoplastni laminatni materiali japonske družbe Sekisui Chemical Company in Tajvanski raziskovalni inštitut za industrijsko tehnologijo je prav tako razvil takšne materiale.Tudi materiali ABF se nenehno izboljšujejo in razvijajo.Nova generacija laminiranih materialov še posebej zahteva nizko površinsko hrapavost, majhno toplotno raztezanje, nizko dielektrično izgubo in tanko togo ojačitev.
V globalni embalaži polprevodnikov so substrati za embalažo IC nadomestili keramične substrate z organskimi substrati.Razmak embalažnih substratov flip chip (FC) postaja vse manjši.Zdaj je tipična širina črte/razmik med vrsticami 15 μm, v prihodnosti pa bo tanjši.Učinkovitost večplastnega nosilca v glavnem zahteva nizke dielektrične lastnosti, nizek koeficient toplotnega raztezanja in visoko toplotno odpornost ter prizadevanje za nizkocenovne substrate na podlagi izpolnjevanja ciljev zmogljivosti.Trenutno množična proizvodnja finih vezij v bistvu sprejema postopek MSPA laminirane izolacije in tanke bakrene folije.Uporabite metodo SAP za izdelavo vzorcev vezij z L/S manj kot 10 μm.
Ko postanejo PCB-ji gostejši in tanjši, se je tehnologija plošč HDI razvila iz laminatov, ki vsebujejo jedro, v laminate za medsebojno povezavo Anylayer brez jedra (Anylayer).Laminatne HDI plošče z medsebojnim povezovanjem katere koli plasti z enako funkcijo so boljše od laminatnih HDI plošč z jedrom.Površino in debelino lahko zmanjšate za približno 25 %.Ti morajo uporabljati razredčilo in ohranjati dobre električne lastnosti dielektrične plasti.
2 Zahteva po visoki frekvenci in visoki hitrosti
Elektronska komunikacijska tehnologija sega od žične do brezžične, od nizke frekvence in nizke hitrosti do visokofrekvenčne in visoke hitrosti.Trenutna zmogljivost mobilnih telefonov je vstopila v 4G in se bo premaknila proti 5G, to je hitrejši hitrosti prenosa in večji prenosni zmogljivosti.Prihod globalne dobe računalništva v oblaku je podvojil podatkovni promet, visokofrekvenčna in hitra komunikacijska oprema pa je neizogiben trend.PCB je primeren za visokofrekvenčni in hitri prenos.Poleg zmanjšanja motenj in izgub signala pri oblikovanju vezja, ohranjanja celovitosti signala in vzdrževanja proizvodnje tiskanih vezij za izpolnjevanje konstrukcijskih zahtev je pomembno, da imamo visoko zmogljiv substrat.
Da bi rešili problem PCB povečanja hitrosti in celovitosti signala, se oblikovalci osredotočajo predvsem na lastnosti izgube električnega signala.Ključna faktorja pri izbiri substrata sta dielektrična konstanta (Dk) in dielektrična izguba (Df).Ko je Dk nižji od 4 in Df0,010, je to srednji Dk/Df laminat, in ko je Dk nižji od 3,7 in Df0,005 nižji, gre za nizke Dk/Df laminate, zdaj obstaja več substratov za vstop na trg med katerimi lahko izbirate.
Trenutno so najpogosteje uporabljeni substrati za visokofrekvenčna vezja predvsem smole na osnovi fluora, smole polifenilen etra (PPO ali PPE) in modificirane epoksi smole.Dielektrični substrati na osnovi fluora, kot je politetrafluoroetilen (PTFE), imajo najnižje dielektrične lastnosti in se običajno uporabljajo nad 5 GHz.Obstajajo tudi modificirani epoksi FR-4 ali PPO substrati.
Poleg zgoraj omenjene smole in drugih izolacijskih materialov je pomemben dejavnik, ki vpliva na izgubo signala pri prenosu, tudi površinska hrapavost (profil) bakrenega prevodnika, na katero vpliva kožni učinek (SkinEffect).Učinek kože je elektromagnetna indukcija, ki nastane v žici med prenosom visokofrekvenčnega signala, induktivnost pa je velika v središču odseka žice, tako da se tok ali signal nagiba k koncentraciji na površini žice.Površinska hrapavost prevodnika vpliva na izgubo prenosnega signala, izguba gladke površine pa je majhna.
Pri isti frekvenci, večja kot je hrapavost bakrene površine, večja je izguba signala.Zato v dejanski proizvodnji poskušamo čim bolj nadzorovati hrapavost površinske debeline bakra.Hrapavost je čim manjša, ne da bi vplivala na silo lepljenja.Še posebej za signale v območju nad 10 GHz.Pri 10 GHz mora biti hrapavost bakrene folije manjša od 1 μm, zato je bolje uporabiti superplanarno bakreno folijo (hrapavost površine 0,04 μm).Površinsko hrapavost bakrene folije je treba kombinirati tudi z ustrezno oksidacijsko obdelavo in sistemom lepilne smole.V bližnji prihodnosti bo na voljo bakrena folija, prevlečena s smolo, skoraj brez obrisa, ki ima lahko večjo trdnost lupljenja in ne bo vplivala na dielektrične izgube.