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

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 truyền thông di động được biểu thị bằng điện thoại thông minh đã điều khiển PCB đến mật độ cao hơn, mỏng hơn và chức năng cao hơn. Công nghệ mạch in không thể tách rời với các vật liệu cơ chất, cũng liên quan đến các yêu cầu kỹ thuật của chất nền PCB. Nội dung liên quan của các vật liệu cơ chất hiện được tổ chức thành một bài viết đặc biệt để tham khảo ngành công nghiệp.

1 Nhu cầu về mật độ cao và dòng tốt

1.1 Nhu cầu về lá đồng

PCB đều đang phát triển theo hướng phát triển mật độ cao và mỏng, và các bảng HDI đặc biệt nổi bật. Mười năm trước, IPC đã xác định bảng HDI là chiều rộng/khoảng cách đường (L/s) 0,1mm/0,1mm trở xuống. Bây giờ ngành công nghiệp về cơ bản đạt được một L/S thông thường là 60μm và L/S tiên tiến là 40μm. Phiên bản Dữ liệu Lộ trình Công nghệ Cài đặt 2013 của Nhật Bản là vào năm 2014, L/S thông thường của Hội đồng HDI là 50μM, L/S tiên tiến là 35μm và L/S được 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 hình ảnh trên chất nền đồng, giới hạn tối thiểu của phương pháp trừ để tạo ra các nếp nhăn là khoảng 30μm và chất nền đồng mỏng (9 ~ 12μm). Do giá cao của lá đồng mỏng CCL và nhiều khiếm khuyết trong lớp giấy đồng mỏng, nhiều nhà máy sản xuất lá đồng 18μm và sau đó sử dụng khắc để làm mỏng lớp đồng trong quá trình sản xuất. Phương pháp này có nhiều quá 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 đồng siêu mỏng (3 ~ 5μm) và một lá đồng cực mỏng được gắn vào chất mang.

Ngoài các lá đồng mỏng hơn, các nếp nhăn hiện tại đòi hỏi độ nhám thấp trên bề mặt của lá đồng. Nói chung, để cải thiện lực liên kết giữa lá đồng và chất nền và để đảm bảo sức mạnh bong tróc dây dẫn, lớp lá đồng bị nhám. Độ nhám của lá đồng thông thường lớn hơn 5μm. Việc nhúng các đỉnh thô của lá đồng vào chất nền sẽ cải thiện khả năng chống bong tróc, nhưng để kiểm soát độ chính xác của dây trong quá trình khắc đường, dễ dàng có các đỉnh cơ chất nhúng còn lại, gây ra các mạch ngắn giữa các đường hoặc giảm cách nhiệt, rất quan trọng đối với các đường thẳng. Dòng này đặc biệt nghiêm trọng. Do đó, các lá đồng có độ nhám thấp (dưới 3 μM) và thậm chí độ nhám thấp hơn (1,5 μm) là bắt buộc.

1.2 Nhu cầu về tấm điện môi nhiều lớp

Đặc điểm kỹ thuật của bảng HDI là quy trình tích tụ (xây dựng quá trình), lá đồng được phủ nhựa thường được sử dụng (RCC) hoặc lớp vải thủy tinh epoxy bán nhiều lớp và lá đồng rất khó đạt được. Hiện tại, phương pháp bán kém (SAP) hoặc phương pháp bán xử lý (MSAP) được cải thiện có xu hướng được áp dụng, nghĩa là, một màng điện môi cách điện được sử dụng để xếp chồng, và sau đó mạ đồng điện phân được sử dụng để tạo thành lớp dây dẫn đồng. Bởi vì lớp đồng cực kỳ mỏng, nên dễ dàng tạo thành các nếp nhăn.

Một trong những điểm chính của phương pháp bán bổ nhiệm là vật liệu điện môi nhiều lớp. Để đáp ứng các yêu cầu của các nếp nhăn mật độ cao, vật liệu nhiều lớp đưa ra các yêu cầu của tính chất điện điện môi, cách nhiệt, điện trở nhiệt, lực liên kết, v.v., cũng như khả năng thích ứng của bảng HDI. Hiện tại, các vật liệu truyền thông nhiều lớp HDI quốc tế chủ yếu là các sản phẩm ABF/GX của Công ty Ajinomoto Nhật Bản, sử dụng nhựa epoxy với các chất bảo dưỡng khác nhau để thêm bột vô cơ để 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 các vật liệu gỗ 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 các vật liệu như vậy. Vật liệu ABF cũng được cải thiện và phát triển liên tục. Thế hệ mới của vật liệu nhiều lớp đặc biệt đòi hỏi độ nhám bề mặt thấp, giãn nở nhiệt thấp, mất điện môi thấp và tăng cường độ cứng mỏng.

Trong bao bì bán dẫn toàn cầu, các chất nền đóng gói IC đã thay thế chất nền bằng gốm bằng chất nền hữu cơ. Cú cao của các chất nền đóng gói flip chip (FC) ngày càng nhỏ hơn và nhỏ hơn. Bây giờ, khoảng cách đường/khoảng cách đường điển hình là 15μm, và nó sẽ mỏng hơn trong tương lai. Hiệu suất của nhà cung cấp 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 các chất nền chi phí thấp trên cơ sở đáp ứng các mục tiêu hiệu suất. Hiện tại, việc sản xuất hàng loạt các mạch mịn về cơ bản áp dụng quá trình MSPA của cách nhiệt nhiều lớp và lá đồng mỏng. Sử dụng phương pháp SAP để sản xuất các mẫu mạch với L/S nhỏ hơn 10μm.

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

2 Tần số cao và nhu cầu tốc độ cao

Công nghệ giao tiếp điện tử dao động từ 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 đi vào 4G và sẽ chuyển sang 5G, nghĩa là tốc độ truyền nhanh hơn và khả năng truyền lớn hơn. Sự ra đời của kỷ nguyên điện toán đám mây toàn cầu đã tăng gấp đôi lưu lượng dữ liệu, và thiết bị truyền thông tốc độ cao và tần số cao là một xu hướng không thể tránh khỏi. PCB phù hợp cho truyền tần số cao và tốc độ cao. Ngoài việc giảm nhiễu tín hiệu và mất thiết kế mạch, duy trì tính toàn vẹn tín hiệu và duy trì sản xuất PCB để đáp ứng các yêu cầu thiết kế, điều quan trọng là phải có chất nền hiệu suất cao.

Để giải quyết vấn đề PCB tăng tốc độ 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 cho việc lựa chọn chất nền là hằng số điện môi (DK) và mất điện môi (DF). Khi DK thấp hơn 4 và DF0.010, thì đó là lớp DK/DF trung bình và khi DK thấp hơn 3,7 và DF0.005 thấp hơn, thì đó là các lớp DK/DF thấp, giờ đây có nhiều loại chất nền để tham gia thị trường.

Hiện tại, các chất nền mạch tần số cao được sử dụng phổ biến nhất chủ yếu là nhựa dựa trên fluorine, nhựa polyphenylen ether (PPO hoặc PPE) và nhựa epoxy biến đổi. Các chất nền điện môi dựa trên fluorine, chẳng hạn như polytetrafluoroetylen (PTFE), có đặc tính điện môi thấp nhất và thường được sử dụng trên 5 GHz. Ngoài ra còn có chất nền Epoxy FR-4 hoặc PPO được sửa đổi.

Ngoài nhựa được đề cập ở trên và các vật liệu cách điện khác, độ nhám bề mặt (cấu hình) của đồng dây dẫn cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mất tín hiệu, bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng da (trượt tuyết). Hiệu ứng da 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 trung tâm của phần dây, do đó dòng điện hoặc tín hiệu có xu hướng tập trung vào bề mặt của dây. Độ nhám bề mặt của dây dẫn ảnh hưởng đến việc mất tín hiệu truyền và mất bề mặt mịn là nhỏ.

Ở cùng một tần số, độ nhám của bề mặt đồng càng lớn thì mất tín hiệu càng lớn. Do đó, trong sản xuất thực tế, chúng tôi cố gắng kiểm soát độ nhám của độ dày đồng bề mặt càng nhiều càng tốt. Độ nhám là 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 mức 10GHz, độ nhám của lá đồng cần phải 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 một hệ thống xử lý oxy hóa và liên kết phù hợp. Trong tương lai gần, sẽ có một lá đồng phủ nhựa mà hầu như không có phác thảo, có thể có cường độ vỏ cao hơn và sẽ không ảnh hưởng đến mất điện môi.