PCB alt tabakası nedir?
PCB alt tabakası, baskılı devre kartlarının (PCB) üretiminde kullanılan temel malzemedir. Genellikle alt tabaka, tek taraflı veya çift taraflı PCB’ler için istenen devre desenini elde etmek üzere delme, kimyasal bakır kaplama, elektrokaplama ve aşındırma gibi tekniklerle seçici olarak işlenen bakır kaplı laminattır (CCL). Alt tabaka, iletkenlik, yalıtım ve destek işlevlerini yerine getirir. PCB'lerin performansı, kalitesi, üretim sırasındaki işleme, üretim maliyeti ve üretim seviyesi büyük ölçüde alt tabaka malzemesine bağlıdır.
PCB Alt Tabakasının Gelişim Tarihi
Alt tabaka malzemelerinin teknolojisi ve üretimi, elektronik ürünler, yarı iletken üretim teknolojisi, elektronik montaj teknolojisi ve PCB teknolojisindeki yenilikçi gelişmelerin etkisiyle yarım asırlık bir gelişim sürecinden geçmiştir; küresel yıllık üretim ise 290 milyon metrekareye ulaşmıştır.
1943 yılında fenolik reçine bazlı alt tabakalardan üretilen bakır kaplı laminat levhaların pratik kullanımından bu yana, alt tabaka malzemelerinin gelişimi çok hızlı olmuştur.
1959'da Texas Instruments, ilk entegre devreyi üretti; bu, PCB'lerin daha yüksek yoğunluklu montajına olan ihtiyacı artırarak çok katmanlı levhaların yaratılmasını teşvik etti.
1961 yılında, ABD'deki Hazeltine Corporation, delik içinden metal kaplama işlemini kullanarak çok katmanlı levha teknolojisini başarıyla geliştirmiştir.
1977'de BT reçinesi endüstriyel üretime geçerek, dünya çapında çok katmanlı levhaların geliştirilmesi için yüksek ve düşük Tg'ye sahip yeni bir alt tabaka malzemesi türü sağlamıştır.
1990 yılında Japonya'daki IBM, yalıtım katmanı olarak ışığa duyarlı reçine içeren katman istifleme yöntemini kullanan çok katmanlı kartlar için yeni bir teknolojiyi duyurdu.
1997 yılında, katman istifli çok katmanlı levhalar da dahil olmak üzere yüksek yoğunluklu ara bağlantı çok katmanlı levha teknolojisi, olgun bir geliştirme aşamasına girdi. Bu arada, BGA ve CSP ile temsil edilen plastik ambalaj substratları hızlı bir gelişme gösterdi. 1990'ların sonlarında, brom ve antimon içermeyen yeşil alev geciktirici substratlar gibi yeni substrat türleri hızla ortaya çıktı ve pazara girdi.
Farklı PCB Alt Tabaka Malzemeleri
Baskılı devre kartları, alt tabaka malzemelerine göre genel olarak iki kategoriye ayrılabilir: sert alt tabaka malzemeleri ve esnek alt tabaka malzemeleri. Sert alt tabaka malzemelerinin en önemli türü, reçine yapıştırıcıya batırılmış takviye malzemesinin kurutulup kesilmesinden sonra lamine edilmesi ve ardından bakır folyo ile kaplanmasıyla üretilen bakır kaplı laminattır (CCL). Bu malzeme, sıcak pres içinde kalıp olarak çelik bir levha kullanılarak yüksek sıcaklık ve basınç altında şekillendirilir. Çoğunlukla reçine emdirilmiş cam kumaştan yapılan yarı kürlenmiş CCL levhaları, çoğu çok katmanlı kartın üretiminde kullanılır.
| 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. |
PCB Alt Tabaka Malzemesi Seçerken Dikkate Alınması Gereken Faktörler
PCB alt tabakasını seçerken hangi faktörlerin göz önünde bulundurulması gerektiğini merak ediyor olabilirsiniz. Bu, devre kartınızın kullanım amacına bağlıdır. Ancak PCB'nizin performansını etkileyebilecek bazı önemli malzeme özellikleri vardır. Karar vermeden önce bunları göz önünde bulundurmalısınız.
Dielektrik sabiti
Bu, yüksek hızlı/yüksek frekanslı PCB'ler için laminatlar tasarlanırken dikkate alınması gereken başlıca elektriksel özelliktir. Dielektrik sabiti, frekansın bir fonksiyonu olan karmaşık bir büyüktür ve PCB alt tabakalarında aşağıdaki şekillerde dağılıma neden olur:
Hız dağılımı: Dielektrik sabiti frekansın bir fonksiyonu olduğu için, farklı frekanslar farklı düzeylerde kayıp yaşar ve farklı hızlarda yayılır.
Kayıp dağılımı: Bir sinyalin maruz kaldığı zayıflama da frekansın bir fonksiyonudur. Basit bir dağılım modeli, kaybın frekansın artmasıyla arttığını öne sürer, ancak bu tam olarak doğru değildir ve bazı laminatlarda kayıp ile frekans spektrumu arasında karmaşık ilişkiler olabilir.
Bu iki etki de, bir sinyalin yayılma sırasında maruz kaldığı bozulma derecesine katkıda bulunur. Dağılma, çok dar bant genişliklerinde veya tek bir frekansta çalışan analog sinyaller için önemsizdir. Ancak, dijital sinyaller için kritik öneme sahiptir ve yüksek hızlı dijital sinyallerin modellenmesi ve ara bağlantıların tasarlanmasında başlıca zorluklardan biridir.
Cam örgü stili
Cam dokuma şekli, PCB alt tabakasında boşluklar oluşturur; bu durum, kart üzerindeki reçine içeriğiyle ilgilidir. Cam ve emprenye reçinesinin hacim oranlarının kombinasyonu, alt tabakanın hacim ortalamalı dielektrik sabitini belirler. Ayrıca, cam dokuma stilindeki boşluklar, alt tabakanın dielektrik sabitinin bağlantı hattı boyunca değiştiği ve bu da sapma, rezonans ve kayıplara neden olan fiber dokuma etkisi adı verilen bir fenomen yaratır. Bu etkiler, 50 GHz civarında veya daha yüksek frekanslarda belirgin hale gelir ve radar sinyallerini, gigabit Ethernet'i ve tipik LVDS SerDes kanal sinyallerini etkiler.
Bakır pürüzlülüğü
Bu durum aslında baskılı bakır iletkenlerin yapısal bir özelliği olsa da, bağlantı empedansına katkıda bulunur. İletkenin yüzey pürüzlülüğü, yüksek frekanslarda kabuk etkisi direncini etkili bir şekilde artırır; bu da sinyal yayılımı sırasında girdap akımlarının oluşmasına ve dolayısıyla kayıplara yol açar. Bakır aşındırma, bakır kaplama yöntemleri ve prepreg yüzeyi, bir dereceye kadar yüzey pürüzlülüğünü etkiler.
Isı iletkenliği ve özgül ısı
Kartın sıcaklığını bir derece artırmak için gereken ısı miktarı, alt tabakanın özgül ısısı ile belirlenirken, birim zamanda kart üzerinden iletilen ısı miktarı ise termal iletkenlik ile belirlenir. Bu PCB malzeme özellikleri, çalışma sırasında devre kartının çevresiyle termal dengeye ulaştığında kartın nihai sıcaklığını birlikte belirler. Devre kartınızı, büyük bir ısı emiciye veya muhafazaya hızlı ısı dağılımı gerektiren bir ortamda kullanıyorsanız, daha yüksek ısı iletkenliğine sahip bir alt tabaka kullanmalısınız.
Cam geçiş sıcaklığı ve termal genleşme katsayısı (CTE)
Bu iki PCB malzeme özelliği de birbiriyle bağlantılıdır. Tüm malzemelerin bir termal genleşme katsayısı (CTE) vardır; bu, PCB alt tabakalarındaki anizotropik miktardır (yani, genleşme oranı farklı yönlerde farklıdır). Devre kartının sıcaklığı cam geçiş sıcaklığını aştığında, CTE devreye girerek kartın güvenilirliğini etkiler. Bu nedenle, PCB'nin çevresel gereksinimlerini karşılayan uygun cam geçiş sıcaklığına ve CTE'ye sahip bir alt tabaka seçmek önemlidir.
