Что такое подложка для печатных плат?
Подложка для печатных плат — это основной материал, используемый при производстве печатных плат (PCB). Обычно подложка представляет собой ламинат с медным покрытием (CCL), который подвергается селективной обработке с помощью таких технологий, как сверление, химическое медноплетирование, гальваническое покрытие и травление, для получения желаемого рисунка схемы для односторонних или двусторонних печатных плат. Подложка выполняет функции проводимости, изоляции и опоры. Производительность, качество, обработка во время производства, себестоимость и уровень изготовления печатных плат в значительной степени зависят от материала подложки.
История развития печатных плат
Технология и производство материалов для подложек прошли полвека развития, и их годовой объем производства в мире достиг 290 миллионов квадратных метров, чему способствовали инновационные разработки в области электронных продуктов, технологий производства полупроводников, технологий электронной сборки и технологий печатных плат.
С момента практического использования в 1943 году ламинированных плит с медным покрытием, изготовленных из субстратов на основе фенольной смолы, развитие материалов для субстратов шло очень быстрыми темпами.
В 1959 году компания Texas Instruments выпустила первую интегральную схему, что повысило требования к более высокой плотности сборки печатных плат и способствовало созданию многослойных плат.
В 1961 году американская компания Hazeltine Corporation успешно разработала технологию многослойных плат с использованием процесса металлизации сквозных отверстий.
В 1977 году смола BT была запущена в промышленное производство, что обеспечило новый тип подложного материала с высокой и низкой температурой стеклования для разработки многослойных плат во всем мире.
В 1990 году компания IBM в Японии объявила о новой технологии многослойных плат, использующей метод наложения слоев с использованием светочувствительной смолы в качестве изолирующего слоя.
В 1997 году технология многослойных плат с высокой плотностью межсоединений, включая многослойные платы с наслоением слоев, вошла в фазу зрелого развития. В то же время пластиковые упаковочные подложки, представленные BGA и CSP, получили быстрое развитие. В конце 1990-х годов быстро появились и вышли на рынок новые типы подложек, такие как зеленые огнестойкие подложки без брома и сурьмы.
Различные типы материалов для печатных плат
Печатные платы обычно можно разделить на две категории в зависимости от материалов подложки: жесткие материалы подложки и гибкие материалы подложки. Наиболее важным видом жестких материалов подложки является ламинат с медным покрытием (CCL), который изготавливается путем погружения армирующего материала в смоляной клей, сушки, резки, ламинирования, а затем покрытия медной фольгой. Он формируется при высокой температуре и давлении с использованием стальной пластины в качестве формы в горячем прессе. Полуотвержденные листы CCL, изготовленные в основном из пропитанной смолой стеклоткани, используются для производства большинства многослойных плат.
| Substrate Material | Description |
|---|---|
| Rigid Substrates | Non-flexible materials that withstand high temperatures and pressures. |
| Copper-Clad Laminate (CCL) | The main rigid substrate made by laminating copper foil onto resin-impregnated reinforcement material. |
| Flexible Substrates | Thin, lightweight materials that can bend or fold. |
| Reinforcement Materials | Paper, glass fiber cloth, composite-based (CEM series), and special materials (ceramic, metal core, etc.). |
| Resin Types | Phenolic, epoxy, polyester, and others. |
| Flame-Retardant Types | UL94-V0 (flame-retardant) and UL94-HB (non-flame-retardant). |
| Environment-Friendly CCL | Flame-retardant CCL without brominated compounds. |
| Performance-Based | General, low Dk, high heat-resistant (>150°C), low expansion CCLs, and others. |
Факторы, которые следует учитывать при выборе материала для печатной платы
Вы можете спросить, какие факторы следует учитывать при выборе подложки для печатной платы. Это зависит от области применения вашей печатной платы. Но есть некоторые важные характеристики материала, которые могут повлиять на рабочие характеристики вашей печатной платы. Вы должны учитывать их, прежде чем принимать решение.
Диэлектрическая проницаемость
Это основная электрическая характеристика, которую необходимо учитывать при проектировании ламинатов для высокоскоростных/высокочастотных печатных плат. Диэлектрическая проницаемость — это сложная величина, которая зависит от частоты и вызывает дисперсию в подложках печатных плат в следующих формах:
Дисперсия скорости: поскольку диэлектрическая проницаемость является функцией частоты, разные частоты будут испытывать разные уровни потерь и распространяться с разными скоростями.
Дисперсия потерь: затухание сигнала также является функцией частоты. Простая модель дисперсии предполагает, что потери увеличиваются с ростом частоты, но это не совсем верно, и в некоторых ламинатах могут существовать сложные взаимосвязи между потерями и частотным спектром.
Оба этих эффекта влияют на степень искажения сигнала во время распространения. Дисперсия не имеет значения для аналоговых сигналов, работающих в очень узких полосах пропускания или на одной частоте. Однако она имеет решающее значение для цифровых сигналов и является одной из основных проблем при моделировании высокоскоростных цифровых сигналов и проектировании межсоединений.
Стиль стеклянного плетения
Стиль стеклоткани создает зазоры на подложке печатной платы, что связано с содержанием смолы на плате. Соотношение объемов стекла и пропиточной смолы определяет средневзвешенную по объему диэлектрическую проницаемость подложки. Кроме того, зазоры в стеклотканевом стиле вызывают явление, называемое эффектом волокнистого плетения, при котором диэлектрическая проницаемость подложки изменяется вдоль линии соединения, вызывая перекос, резонанс и потери. Эти эффекты становятся заметными при частотах около 50 ГГц и выше, влияя на радиолокационные сигналы, гигабитный Ethernet и типичные сигналы каналов LVDS SerDes.
Шероховатость меди
Хотя на самом деле это структурная характеристика печатных медных проводников, она влияет на импеданс соединений. Шероховатость поверхности проводника эффективно увеличивает его сопротивление скин-эффекту на высоких частотах, что приводит к возникновению вихревых токов во время распространения сигнала и вызывает потери. Травление меди, методы осаждения меди и поверхность препрега в той или иной степени влияют на шероховатость поверхности.
Теплопроводность и удельная теплоемкость
Количество тепла, необходимое для повышения температуры платы на один градус, определяется удельным теплоемкостью подложки, а количество тепла, передаваемого через плату в единицу времени, определяется теплопроводностью. Эти свойства материала печатной платы совместно определяют конечную температуру печатной платы, когда она достигает теплового равновесия с окружающей средой во время работы. Если вы используете печатную плату в условиях, требующих быстрого отвода тепла к большому радиатору или корпусу, вам следует использовать подложку с более высокой теплопроводностью.
Температура стеклования и коэффициент теплового расширения (CTE)
Эти две характеристики материала печатных плат также связаны между собой. Все материалы имеют коэффициент теплового расширения (CTE), который является именно анизотропной величиной в подложках печатных плат (т. е. коэффициент расширения различается в разных направлениях). Как только температура печатной платы превышает температуру стеклования, CTE начинает играть свою роль, влияя на надежность платы. Поэтому важно выбрать подложку с подходящей температурой стеклования и CTE, которая соответствует требованиям окружающей среды печатной платы.
