Các đặc tính cơ bản của bảng mạch in phụ thuộc vào hiệu suất của bảng nền.Để cải thiện hiệu suất kỹ thuật của bảng mạch in, trước tiên phải cải thiện hiệu suất của bảng mạch in.Để đáp ứng nhu cầu phát triển bảng mạch in, nhiều loại vật liệu mới đang dần được phát triển và đưa vào sử dụng.

Trong những năm gần đây, thị trường PCB đã chuyển trọng tâm từ máy tính sang truyền thông, bao gồm các trạm cơ sở, máy chủ và thiết bị đầu cuối di động.Các thiết bị liên lạc di động được đại diện bởi điện thoại thông minh đã thúc đẩy PCB có mật độ cao hơn, mỏng hơn và chức năng cao hơn.Công nghệ mạch in không thể tách rời khỏi vật liệu nền, nó cũng liên quan đến các yêu cầu kỹ thuật của chất nền PCB.Nội dung liên quan của vật liệu nền hiện được tổ chức thành một bài viết đặc biệt để ngành tham khảo.

1 Nhu cầu về mật độ cao và đường nét tinh tế

1.1 Nhu cầu về lá đồng

Tất cả PCB đều đang phát triển theo hướng phát triển mật độ cao và dòng mỏng, và bảng HDI đặc biệt nổi bật.Mười năm trước, IPC đã định nghĩa bảng HDI là chiều rộng dòng/khoảng cách dòng (L/S) từ 0,1 mm/0,1 mm trở xuống.Hiện nay, về cơ bản ngành đã đạt được L/S thông thường là 60μm và L/S nâng cao là 40μm.Dữ liệu lộ trình công nghệ lắp đặt phiên bản 2013 của Nhật Bản là vào năm 2014, L/S thông thường của bảng HDI là 50μm, L/S nâng cao là 35μm và L/S sản xuất thử nghiệm là 20μm.

Sự hình thành mô hình mạch PCB, quy trình khắc hóa học truyền thống (phương pháp trừ) sau khi chụp ảnh trên đế lá đồng, giới hạn tối thiểu của phương pháp trừ để tạo các đường mảnh là khoảng 30μm và cần có chất nền lá đồng mỏng (9 ~ 12μm).Do giá lá đồng mỏng CCL cao và có nhiều khiếm khuyết trong quá trình cán lá đồng mỏng, nhiều nhà máy sản xuất lá đồng 18μm và sau đó sử dụng phương pháp khắc để làm mỏng lớp đồng trong quá trình sản xuất.Phương pháp này có nhiều quy trình, kiểm soát độ dày khó khăn và chi phí cao.Tốt hơn là sử dụng lá đồng mỏng.Ngoài ra, khi mạch PCB L/S nhỏ hơn 20μm, lá đồng mỏng thường khó xử lý.Nó đòi hỏi một chất nền lá đồng siêu mỏng (3 ~ 5μm) và một lá đồng siêu mỏng được gắn vào chất mang.

Ngoài các lá đồng mỏng hơn, các đường nét mảnh hiện nay đòi hỏi độ nhám thấp trên bề mặt lá đồng.Nói chung, để cải thiện lực liên kết giữa lá đồng và chất nền và để đảm bảo độ bền bong tróc của dây dẫn, lớp lá đồng được làm nhám.Độ nhám của lá đồng thông thường lớn hơn 5μm.Việc nhúng các đỉnh thô của lá đồng vào đế giúp cải thiện khả năng chống bong tróc, nhưng để kiểm soát độ chính xác của dây trong quá trình khắc đường, rất dễ để lại các đỉnh của đế nhúng, gây đoản mạch giữa các đường hoặc giảm độ cách điện , điều này rất quan trọng đối với các nếp nhăn.Đường dây đặc biệt nghiêm trọng.Do đó, cần có các lá đồng có độ nhám thấp (dưới 3 μm) và độ nhám thậm chí thấp hơn (1,5 μm).

1.2 Nhu cầu sử dụng tấm cách điện nhiều lớp

Đặc điểm kỹ thuật của bảng HDI là quá trình tích tụ (BuildingUpProcess), lá đồng phủ nhựa (RCC) thường được sử dụng hoặc lớp nhiều lớp của vải thủy tinh epoxy bán cứng và lá đồng rất khó đạt được các đường nhăn.Hiện nay, phương pháp bán phụ gia (SAP) hoặc phương pháp bán xử lý cải tiến (MSAP) có xu hướng được áp dụng, nghĩa là, một màng điện môi cách điện được sử dụng để xếp chồng lên nhau, sau đó mạ đồng điện phân được sử dụng để tạo thành một lớp đồng lớp dây dẫn.Vì lớp đồng cực kỳ mỏng nên rất dễ hình thành các nếp nhăn.

Một trong những điểm chính của phương pháp bán phụ gia là vật liệu điện môi nhiều lớp.Để đáp ứng các yêu cầu về đường nét mật độ cao, vật liệu nhiều lớp đưa ra các yêu cầu về tính chất điện môi, cách điện, khả năng chịu nhiệt, lực liên kết, v.v., cũng như khả năng thích ứng quy trình của bảng HDI.Hiện nay, vật liệu truyền thông nhiều lớp HDI quốc tế chủ yếu là các sản phẩm dòng ABF/GX của Công ty Ajinomoto Nhật Bản, sử dụng nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau để thêm bột vô cơ nhằm cải thiện độ cứng của vật liệu và giảm CTE, và vải sợi thủy tinh cũng được sử dụng để tăng độ cứng..Ngoài ra còn có loại vật liệu laminate màng mỏng tương tự của Công ty Hóa chất Sekisui của Nhật Bản và Viện Nghiên cứu Công nghệ Công nghiệp Đài Loan cũng đã phát triển loại vật liệu này.Vật liệu ABF cũng liên tục được cải tiến và phát triển.Thế hệ vật liệu nhiều lớp mới đặc biệt yêu cầu độ nhám bề mặt thấp, độ giãn nở nhiệt thấp, tổn thất điện môi thấp và độ cứng cứng mỏng.

Trong bao bì bán dẫn toàn cầu, chất nền đóng gói IC đã thay thế chất nền gốm bằng chất nền hữu cơ.Kích thước của chất nền đóng gói chip lật (FC) ngày càng nhỏ hơn.Hiện tại, chiều rộng/khoảng cách dòng thông thường là 15μm và sẽ mỏng hơn trong tương lai.Hiệu suất của chất mang nhiều lớp chủ yếu yêu cầu tính chất điện môi thấp, hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chịu nhiệt cao và theo đuổi chất nền chi phí thấp trên cơ sở đáp ứng các mục tiêu hiệu suất.Hiện nay, việc sản xuất hàng loạt các mạch tốt về cơ bản áp dụng quy trình MSPA gồm nhiều lớp cách nhiệt và lá đồng mỏng.Sử dụng phương pháp SAP để chế tạo các mẫu mạch có L/S nhỏ hơn 10μm.

Khi PCB trở nên dày đặc và mỏng hơn, công nghệ bảng HDI đã phát triển từ các tấm mỏng có lõi thành các tấm kết nối Anylayer không lõi (Anylayer).Bảng HDI laminate kết nối bất kỳ lớp nào có cùng chức năng sẽ tốt hơn so với bảng HDI laminate có lõi.Diện tích và độ dày có thể giảm khoảng 25%.Chúng phải sử dụng chất liệu mỏng hơn và duy trì tính chất điện tốt của lớp điện môi.

2 Nhu cầu tần số cao và tốc độ cao

Công nghệ truyền thông điện tử trải dài từ có dây đến không dây, từ tần số thấp và tốc độ thấp đến tần số cao và tốc độ cao.Hiệu suất điện thoại di động hiện tại đã bước sang 4G và sẽ tiến tới 5G, tức là tốc độ truyền nhanh hơn và dung lượng truyền lớn hơn.Sự ra đời của kỷ nguyên điện toán đám mây toàn cầu đã làm tăng gấp đôi lưu lượng dữ liệu và thiết bị liên lạc tần số cao, tốc độ cao là xu hướng tất yếu.PCB phù hợp cho việc truyền tần số cao và tốc độ cao.Ngoài việc giảm nhiễu và mất tín hiệu trong thiết kế mạch, duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu và duy trì việc sản xuất PCB để đáp ứng yêu cầu thiết kế, điều quan trọng là phải có chất nền hiệu suất cao.

Để giải quyết vấn đề tăng tốc độ PCB và tính toàn vẹn tín hiệu, các kỹ sư thiết kế chủ yếu tập trung vào các đặc tính mất tín hiệu điện.Các yếu tố chính để lựa chọn chất nền là hằng số điện môi (Dk) và tổn thất điện môi (Df).Khi Dk nhỏ hơn 4 và Df0.010 thì là loại laminate Dk/Df trung bình, khi Dk thấp hơn 3.7 và Df0.005 thấp hơn thì đó là loại laminate Dk/Df thấp, hiện nay có nhiều loại chất nền vào thị trường để lựa chọn.

Hiện nay, chất nền bảng mạch tần số cao được sử dụng phổ biến nhất chủ yếu là nhựa gốc flo, nhựa polyphenylene ether (PPO hoặc PPE) và nhựa epoxy biến tính.Chất nền điện môi gốc flo, chẳng hạn như polytetrafluoroethylene (PTFE), có đặc tính điện môi thấp nhất và thường được sử dụng ở tần số trên 5 GHz.Ngoài ra còn có chất nền epoxy FR-4 hoặc PPO biến tính.

Ngoài nhựa và các vật liệu cách điện khác nêu trên, độ nhám bề mặt (hình dạng) của dây dẫn đồng cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc mất tín hiệu truyền tải, bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng bề mặt (SkinEffect).Hiệu ứng bề mặt là cảm ứng điện từ được tạo ra trong dây trong quá trình truyền tín hiệu tần số cao và độ tự cảm lớn ở giữa phần dây, do đó dòng điện hoặc tín hiệu có xu hướng tập trung trên bề mặt dây.Độ nhám bề mặt của dây dẫn ảnh hưởng đến việc mất tín hiệu truyền và tổn thất bề mặt nhẵn là nhỏ.

Ở cùng một tần số, bề mặt đồng có độ nhám càng lớn thì độ suy giảm tín hiệu càng lớn.Vì vậy, trong thực tế sản xuất, chúng tôi cố gắng kiểm soát độ nhám của độ dày bề mặt đồng càng nhiều càng tốt.Độ nhám càng nhỏ càng tốt mà không ảnh hưởng đến lực liên kết.Đặc biệt đối với các tín hiệu trong phạm vi trên 10 GHz.Ở tần số 10GHz, độ nhám của lá đồng cần nhỏ hơn 1μm và tốt hơn là sử dụng lá đồng siêu phẳng (độ nhám bề mặt 0,04μm).Độ nhám bề mặt của lá đồng cũng cần được kết hợp với hệ thống nhựa liên kết và xử lý oxy hóa phù hợp.Trong tương lai gần, sẽ có loại lá đồng được phủ nhựa gần như không có đường viền, có thể có độ bền bong tróc cao hơn và không ảnh hưởng đến tổn thất điện môi.