ลักษณะพื้นฐานของแผงวงจรพิมพ์ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของแผงวงจรพิมพ์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพทางเทคนิคของแผงวงจรพิมพ์ จะต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงวงจรพิมพ์ก่อนเพื่อตอบสนองความต้องการในการพัฒนาแผงวงจรพิมพ์วัสดุใหม่ๆ ต่างๆ จึงมีการพัฒนาและนำไปใช้อย่างค่อยเป็นค่อยไป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตลาด PCB ได้เปลี่ยนโฟกัสจากคอมพิวเตอร์ไปสู่การสื่อสาร รวมถึงสถานีฐาน เซิร์ฟเวอร์ และเทอร์มินัลมือถืออุปกรณ์สื่อสารเคลื่อนที่ที่แสดงโดยสมาร์ทโฟนได้ขับเคลื่อน PCB ให้มีความหนาแน่นสูงขึ้น บางลง และมีฟังก์ชันการทำงานที่สูงขึ้นเทคโนโลยีวงจรพิมพ์แยกออกจากวัสดุซับสเตรต ซึ่งเกี่ยวข้องกับข้อกำหนดทางเทคนิคของซับสเตรต PCB ด้วยขณะนี้เนื้อหาที่เกี่ยวข้องของวัสดุพื้นผิวได้รับการจัดระเบียบเป็นบทความพิเศษสำหรับการอ้างอิงของอุตสาหกรรม

1 ความต้องการความหนาแน่นสูงและเส้นละเอียด

1.1 ความต้องการแผ่นทองแดง

PCB ทั้งหมดกำลังพัฒนาไปสู่การพัฒนาที่มีความหนาแน่นสูงและเส้นบาง และบอร์ด HDI ก็มีความโดดเด่นเป็นพิเศษเมื่อสิบปีที่แล้ว IPC กำหนดบอร์ด HDI ให้เป็นความกว้างของเส้น/ระยะห่างระหว่างบรรทัด (L/S) 0.1 มม./0.1 มม. และต่ำกว่าโดยพื้นฐานแล้ว อุตสาหกรรมได้บรรลุ L/S ทั่วไปที่ 60μm และ L/S ขั้นสูงที่ 40μmข้อมูลแผนงานเทคโนโลยีการติดตั้งในเวอร์ชันญี่ปุ่นปี 2013 คือในปี 2014 L/S ทั่วไปของบอร์ด HDI คือ 50μm, L/S ขั้นสูงคือ 35μm และ L/S ที่ผลิตในช่วงทดลองคือ 20μm

การสร้างรูปแบบวงจร PCB กระบวนการแกะสลักทางเคมีแบบดั้งเดิม (วิธีการลบ) หลังจากการถ่ายภาพบนพื้นผิวฟอยล์ทองแดง ขีดจำกัดขั้นต่ำของวิธีการลบสำหรับการสร้างเส้นละเอียดคือประมาณ 30μm และต้องใช้พื้นผิวฟอยล์ทองแดงบาง (9 ~ 12μm)เนื่องจาก CCL ฟอยล์ทองแดงบางมีราคาสูง และข้อบกพร่องมากมายในการเคลือบฟอยล์ทองแดงบาง โรงงานหลายแห่งผลิตฟอยล์ทองแดง 18μm แล้วใช้การกัดเพื่อทำให้ชั้นทองแดงบางลงในระหว่างการผลิตวิธีนี้มีกระบวนการมากมาย ควบคุมความหนาได้ยาก และต้นทุนสูงควรใช้ฟอยล์ทองแดงบาง ๆนอกจากนี้ เมื่อวงจร PCB L/S น้อยกว่า 20μm โดยทั่วไปแล้วฟอยล์ทองแดงบางๆ จะจัดการได้ยากต้องใช้ซับสเตรตฟอยล์ทองแดงบางพิเศษ (3~5μm) และฟอยล์ทองแดงบางพิเศษติดกับพาหะ

นอกจากทองแดงฟอยล์ที่บางกว่าแล้ว เส้นเล็กๆ ในปัจจุบันยังต้องการความหยาบบนพื้นผิวของทองแดงฟอยล์ต่ำอีกด้วยโดยทั่วไป เพื่อปรับปรุงแรงยึดเกาะระหว่างฟอยล์ทองแดงกับพื้นผิว และเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงในการลอกของตัวนำ ชั้นฟอยล์ทองแดงจึงมีความหยาบความหยาบของฟอยล์ทองแดงทั่วไปมีค่ามากกว่า5μmการฝังยอดหยาบของฟอยล์ทองแดงลงในสารตั้งต้นจะช่วยเพิ่มความต้านทานการหลุดลอก แต่เพื่อควบคุมความแม่นยำของเส้นลวดในระหว่างการกัดเส้น จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะมียอดวัสดุที่ฝังเหลืออยู่ ทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างเส้นหรือฉนวนลดลง ซึ่งสำคัญมากสำหรับริ้วรอยต่างๆเส้นนี้จริงจังเป็นพิเศษดังนั้น ฟอยล์ทองแดงที่มีความหยาบต่ำ (น้อยกว่า 3 μm) และมีความหยาบน้อยกว่า (1.5 μm) จึงเป็นสิ่งจำเป็น

1.2 ความต้องการแผ่นอิเล็กทริกเคลือบ

คุณสมบัติทางเทคนิคของบอร์ด HDI คือกระบวนการสะสมตัว (BuildingUpProcess) แผ่นฟอยล์ทองแดงเคลือบเรซิน (RCC) ที่ใช้กันทั่วไป หรือชั้นลามิเนตของผ้าแก้วอีพอกซีกึ่งแข็งตัวและฟอยล์ทองแดงนั้นยากต่อการทำให้เกิดริ้วรอยในปัจจุบัน มีแนวโน้มที่จะนำวิธีกึ่งเติม (SAP) หรือวิธีกึ่งแปรรูปที่ได้รับการปรับปรุง (MSAP) มาใช้ กล่าวคือ ใช้ฟิล์มฉนวนอิเล็กทริกในการซ้อน จากนั้นจึงใช้การชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าเพื่อสร้างทองแดง ชั้นตัวนำเนื่องจากชั้นทองแดงบางมาก จึงเกิดริ้วรอยได้ง่าย

ประเด็นสำคัญประการหนึ่งของวิธีการกึ่งเติมแต่งคือวัสดุอิเล็กทริกแบบเคลือบเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของเส้นริ้วที่มีความหนาแน่นสูง วัสดุเคลือบจึงได้เพิ่มข้อกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของไดอิเล็กทริก ฉนวน การทนความร้อน แรงยึดเกาะ ฯลฯ ตลอดจนความสามารถในการปรับตัวของกระบวนการของบอร์ด HDIปัจจุบัน วัสดุสื่อลามิเนต HDI ระหว่างประเทศส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์ซีรีส์ ABF/GX ของบริษัท Ajinomoto ของญี่ปุ่น ซึ่งใช้อีพอกซีเรซินกับสารบ่มที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่มผงอนินทรีย์เพื่อปรับปรุงความแข็งแกร่งของวัสดุและลด CTE และผ้าใยแก้ว ยังใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่ง-นอกจากนี้ยังมีวัสดุลามิเนตฟิล์มบางที่คล้ายกันของบริษัท Sekisui Chemical แห่งประเทศญี่ปุ่น และสถาบันวิจัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรมของไต้หวันก็ได้พัฒนาวัสดุดังกล่าวด้วยวัสดุ ABF ยังได้รับการปรับปรุงและพัฒนาอย่างต่อเนื่องวัสดุเคลือบรุ่นใหม่ต้องการความหยาบผิวต่ำ การขยายตัวทางความร้อนต่ำ การสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ และการเสริมความแข็งแกร่งแบบบาง

ในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลก พื้นผิวบรรจุภัณฑ์ IC ได้เปลี่ยนพื้นผิวเซรามิกด้วยพื้นผิวอินทรีย์ระยะห่างของพื้นผิวบรรจุภัณฑ์ฟลิปชิป (FC) มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆขณะนี้ความกว้างของเส้น/ระยะห่างระหว่างบรรทัดโดยทั่วไปคือ 15μm และจะบางลงในอนาคตประสิทธิภาพของตัวพาหะแบบหลายชั้นส่วนใหญ่ต้องการคุณสมบัติไดอิเล็กทริกต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และความต้านทานความร้อนสูง และการแสวงหาซับสเตรตต้นทุนต่ำบนพื้นฐานของการบรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพในปัจจุบัน การผลิตวงจรละเอียดจำนวนมากโดยพื้นฐานแล้วใช้กระบวนการ MSPA ของฉนวนลามิเนตและฟอยล์ทองแดงบางใช้วิธีการ SAP เพื่อสร้างรูปแบบวงจรที่มี L/S น้อยกว่า 10μm

เมื่อ PCB มีความหนาแน่นและบางลง เทคโนโลยีบอร์ด HDI ได้พัฒนาจากลามิเนตที่มีแกนเป็นลามิเนตเชื่อมต่อโครงข่าย Anylayer แบบไม่มีแกน (Anylayer)บอร์ด HDI แบบลามิเนตที่มีการเชื่อมต่อทุกชั้นที่มีฟังก์ชั่นเดียวกันจะดีกว่าบอร์ด HDI แบบลามิเนตที่มีแกนพื้นที่และความหนาสามารถลดลงได้ประมาณ 25%ต้องใช้ทินเนอร์และรักษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีของชั้นอิเล็กทริก

2 ความต้องการความถี่สูงและความเร็วสูง

เทคโนโลยีการสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์มีตั้งแต่แบบมีสายไปจนถึงไร้สาย ตั้งแต่ความถี่ต่ำและความเร็วต่ำไปจนถึงความถี่สูงและความเร็วสูงประสิทธิภาพของโทรศัพท์มือถือในปัจจุบันได้เข้าสู่ 4G และจะก้าวไปสู่ ​​5G นั่นคือความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่เร็วขึ้นและความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นการถือกำเนิดของยุคคอมพิวเตอร์คลาวด์ระดับโลกทำให้การรับส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นสองเท่า และอุปกรณ์สื่อสารความถี่สูงและความเร็วสูงก็เป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้PCB เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลความถี่สูงและความเร็วสูงนอกเหนือจากการลดสัญญาณรบกวนและการสูญเสียในการออกแบบวงจร การรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ และการรักษาการผลิต PCB ให้ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบแล้ว สิ่งสำคัญคือต้องมีซับสเตรตที่มีประสิทธิภาพสูง

เพื่อแก้ปัญหาการเพิ่มความเร็วของ PCB และความสมบูรณ์ของสัญญาณ วิศวกรออกแบบจึงมุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติการสูญเสียสัญญาณไฟฟ้าเป็นหลักปัจจัยสำคัญในการเลือกวัสดุพิมพ์คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (Dk) และการสูญเสียอิเล็กทริก (Df)เมื่อ Dk ต่ำกว่า 4 และ Df0.010 จะเป็นลามิเนต Dk/Df ขนาดกลาง และเมื่อ Dk ต่ำกว่า 3.7 และ Df0.005 ต่ำกว่า จะเป็นลามิเนตเกรด Dk/Df ต่ำ ขณะนี้มีพื้นผิวที่หลากหลาย เพื่อเข้าสู่ตลาดให้เลือก

ในปัจจุบัน พื้นผิวแผงวงจรความถี่สูงที่ใช้กันมากที่สุดส่วนใหญ่เป็นเรซินที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบหลัก เรซินโพลีฟีนลีนอีเทอร์ (PPO หรือ PPE) และอีพอกซีเรซินดัดแปลงวัสดุซับสเตรตไดอิเล็กตริกที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบ เช่น โพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) มีคุณสมบัติเป็นไดอิเล็กทริกต่ำที่สุด และมักใช้ที่ความถี่สูงกว่า 5 GHzนอกจากนี้ยังมีสารตั้งต้นอีพ็อกซี่ FR-4 หรือ PPO ที่ดัดแปลงอีกด้วย

นอกเหนือจากเรซินที่กล่าวข้างต้นและวัสดุฉนวนอื่นๆ แล้ว ความหยาบของพื้นผิว (โปรไฟล์) ของตัวนำทองแดงยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการสูญเสียการส่งสัญญาณ ซึ่งได้รับผลกระทบจากผลกระทบของผิวหนัง (SkinEffect)ผลกระทบของผิวหนังคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในสายไฟระหว่างการส่งสัญญาณความถี่สูง และการเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่ที่ศูนย์กลางของส่วนสายไฟ ดังนั้นกระแสหรือสัญญาณจึงมีแนวโน้มที่จะมีสมาธิอยู่ที่พื้นผิวของสายไฟความหยาบผิวของตัวนำส่งผลต่อการสูญเสียสัญญาณการส่งสัญญาณ และการสูญเสียพื้นผิวเรียบมีขนาดเล็ก

ที่ความถี่เดียวกัน ยิ่งความหยาบของพื้นผิวทองแดงมากเท่าใด สัญญาณก็จะสูญเสียมากขึ้นเท่านั้นดังนั้นในการผลิตจริง เราจึงพยายามควบคุมความหยาบของความหนาของทองแดงที่พื้นผิวให้มากที่สุดความหยาบมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยไม่กระทบต่อแรงยึดเกาะโดยเฉพาะสัญญาณในช่วงที่สูงกว่า 10 GHzที่ 10GHz ความหยาบของฟอยล์ทองแดงจะต้องน้อยกว่า 1μm และจะดีกว่าถ้าใช้ฟอยล์ทองแดงระนาบซุปเปอร์ (ความหยาบของพื้นผิว 0.04μm)ความหยาบของพื้นผิวของฟอยล์ทองแดงยังต้องนำมารวมกับระบบออกซิเดชั่นและเรซินพันธะที่เหมาะสมด้วยในอนาคตอันใกล้นี้ จะมีฟอยล์ทองแดงเคลือบเรซินที่แทบไม่มีโครงร่าง ซึ่งสามารถมีความแข็งแรงในการลอกสูงกว่า และจะไม่ส่งผลต่อการสูญเสียอิเล็กทริก