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哪种类型的PCB基板材料适合您的PCB?

众所周知,PCB(印刷电路板)的基本属性取决于其基板材料的性能。因此,要提高电路板的性能,必须首先优化基板材料的性能。迄今为止,为了满足与新技术和市场趋势相适应的要求,正在开发许多新类型的材料并将其投入应用。

近年来,印刷电路板市场发生了转变,其重点从台式电脑等传统硬件产品到服务器和移动终端之类的无线通信。以智能手机为代表的移动通信设备推动了PCB向高密度,轻便和多功能的方向发展。没有基板材料,其技术要求与PCB的性能密切相关,就不可能实现印刷电路技术。因此,基板材料的选择对于提高PCB及其最终产品的质量和可靠性起着至关重要的作用。

满足高密度和细线的要求

对铜箔的要求

所有PCB板都朝着更高密度和更细线的方向发展,尤其是HDI PCB(高密度互连PCB)。十年前,HDI PCB被IPC定义为线宽(L)和线间距(S)为0.1mm或更小的PCB。但是,目前,目前电子工业中的L和S的标准值可小至60μm,在先进的情况下,其值可低至40μm。

传统的电路图案形成方法在于成像和蚀刻过程,其结果是,在使用薄铜箔基板(厚度在9μm至12μm范围内)的情况下,L和S的最小值达到30μm。

由于薄铜箔覆铜箔覆铜板(CCL)具有成本高,堆叠缺陷多的特点,因此许多PCB制造商倾向于使用蚀刻减去铜箔的方法来代替铜箔厚度为18μm的铜箔。实际上不建议使用此方法,因为它包含太多的过程,厚度难以控制,导致成本更高。结果,较薄的铜箔更好。此外,当板的L和S值小于20μm时,标准铜箔不起作用。最后,建议使用超薄铜箔,因为其铜厚度应控制在3μm至5μm的范围内。

除了铜箔的厚度,当前的精细电路还要求低粗糙度的铜箔表面。为了提高铜箔与基体材料之间的结合能力并确保导体的剥离强度,在铜箔平面上进行了粗化处理,普通铜箔的粗糙度大于5μm。

在铜箔上嵌入驼峰到基板材料中旨在提高其剥离强度。然而,为了将引线精度控制为远离电路蚀刻期间的过度蚀刻,趋于引起驼峰污染,从而可能导致线之间的短路或绝缘能力降低,这特别影响精细电路。因此,需要低粗糙度(小于3μm甚至1.5μm)的铜箔。

尽管降低了铜箔的粗糙度,但仍然需要保持导体的剥离强度,这会在铜箔和基底材料的表面引起特殊的表面光洁度,这将有助于确保导体的剥离强度。

对绝缘电介质层压板的要求

HDI PCB的主要技术特性之一是构建过程。通常使用的RCC(树脂涂层铜)或预浸料环氧玻璃布和铜箔的层压很少会导致电路精细。现在倾向于使用SAP和MSPA,这意味着将绝缘电介质膜与化学镀铜层压在一起以生成铜导电平面。由于薄的铜平面,可以产生精细的电路。

SAP的关键点之一是层压电介质材料。为了满足高密度精细电路的要求,必须对层压材料提出一些要求,包括介电性能,绝缘性,抗热容量和粘合性,以及与HDI PCB兼容的技术适应性。

在全球半导体封装中,IC封装基板已从陶瓷基板转换为有机基板。FC封装基板的节距越来越小,因此L和S的当前典型值为15μm,并且将更小。

多层基板性能应强调低介电性能,低热膨胀系数(CTE)和高耐热性,这是指满足性能目标的低成本基板。如今,通过精细电路的批量生产,应用了MSPA技术,将绝缘电介质叠层与薄铜箔结合在一起。SAP用于制造L和S值均小于10μm的电路图案。

PCB的高密度和薄度导致HDI PCB从带芯层压变为任何不带芯的层。对于具有相同功能的HDI PCB,在任何层上具有互连功能的HDI PCB的面积和厚度都比具有核心叠层的PCB​​的面积和厚度减小25%。这两种HDI PCB均必须使用具有更好电性能的更薄介电层。

源自高频和高速的需求

电子通信技术已经从有线发展到无线,从低频低速发展到高频高速。智能手机的性能已经从4G提升到5G,需要更快的传输速度和更大的传输量。

全球云计算时代的到来导致数据流量成倍增长,并且通信设备的高频化和高速化趋势明显。为了满足高频和高速传输的要求,高性能材料是最重要的要素,除了减少信号干扰和功耗,信号完整性和制造方面,还符合PCB设计方面的设计要求。

工程师的主要工作是依靠电信号损失的属性来提高PCB速度并处理信号完整性问题。基于超过十年的PCBCart制造服务,作为影响基板材料选择的关键因素,当介电常数(Dk)小于4且介电损耗(Df)小于0.010时,它被视为中间Dk / Df层压板,当Dk低于3.7,Df低于0.005,被认为是低Dk / Df层压板。目前,市场上可以买到多种类型的基板材料。

到目前为止,常用的高频电路板基板材料主要有以下三种:氟系树脂,PPO或PPE树脂和改性环氧树脂。具有最低介电性能的氟系列介电基板(例如PTFE)通常用于频率为5GHz或更高的产品。改性环氧树脂FR-4或PPO基板适用于频率在1GHz至10GHz范围内的产品。

比较三种类型的高频基板材料,环氧树脂的价格最低,而氟系列树脂的价格最高。在介电常数,介电损耗,吸水率和频率特性方面,氟系树脂表现最佳,而环氧树脂则表现较差。当产品施加的频率高于10GHz时,仅氟系列树脂起作用。PTFE的缺点包括成本高,刚性差和热膨胀系数高。

对于PTFE,可以将块状无机物(例如二氧化硅)用作填充材料或玻璃布,以增强基材的刚性并降低热膨胀系数。此外,由于聚氟乙烯分子的惰性导致聚氟乙烯分子难以与铜箔结合,因此有必要实现与铜箔兼容的特殊表面光洁度。该处理方法在于对聚乙烯的表面进行化学蚀刻以增加表面粗糙度,或者添加粘合膜以增加粘附能力。随着该方法的应用,可能会影响介电性能,并且必须对整个氟系列高频电路进行进一步的开发。

由改性环氧树脂或PPE与TMA,MDI和BMI结合玻璃布组成的独特绝缘树脂得到了更多的应用。与FR-4 CCL相似,它还具有出色的耐热性和介电特性,机械强度以及PCB的可制造性,所有这些使得它比PTFE型基板更受欢迎。

除了对上述树脂等绝缘材料的性能有要求外,作为导体的铜的表面粗糙度也是影响信号传输损耗的重要因素,这是集肤效应的结果。简而言之,集肤效应是高频信号传输中导线产生的电磁感应和电感变得如此集中在导线截面积的中心,驱动电流或信号集中在导线表面。导体的表面粗糙度在影响传输信号损耗方面起着关键作用,低粗糙度导致的损耗很小。

在相同的频率下,铜的高表面粗糙度会导致高信号损耗。因此,在实际制造中必须控制表面铜的粗糙度,并且在不影响附着力的情况下应使其尽可能低。必须特别注意10 GHz或更高频率范围内的信号。铜箔的粗糙度要求小于1μm,最好使用粗糙度为0.04μm的超表面铜箔。铜箔的表面粗糙度必须与适当的氧化处理和粘合树脂体系相结合。在不久的将来,可能会有一种铜箔没有用树脂涂覆的轮廓,并且它具有更高的剥离强度,并且不会影响介电损耗。

高耐热性和散热性的要求

随着小型化和高功能化的发展趋势,电子设备趋于产生大量的热量,因此电子设备的热管理要求越来越高的要求。解决此问题的方法之一是导热PCB的研究与开发。PCB的耐热性和散热性良好的主要条件是基板的耐热性和散热性。PCB导热能力方面的当前改进在于通过树脂和填充剂的添加进行改进,但仅在有限的类别中起作用。典型的方法是应用IMS或起加热组件作用的金属芯PCB。与传统的散热器和风扇相比,该方法具有体积小,成本低的优点。

铝是一种非常吸引人的材料,具有资源丰富,成本低廉,导热性能和强度都优良的优点。此外,它非常环保,可用于大多数金属基材或金属芯。由于具有经济性,可靠的电连接,导热性和高强度,无焊料和无铅的优点,铝基电路板已应用于消费品,汽车,军用产品和航空航天产品。毫无疑问,金属基板的耐热性和散热性是关键,关键在于金属板与电路板之间的粘合性能。

如何确定PCB的基板材料?

在现代电子时代,电子设备的小型化和薄型化导致必须出现刚性PCB和柔性/刚性PCB。那么哪种类型的基底材料适合它们呢?

刚性PCB和柔性/刚性PCB的应用领域不断增加,在数量和性能方面提出了新的要求。例如,聚酰亚胺膜可以分为多个类别,包括具有高耐热性和低热膨胀系数的透明,白色,黑色和黄色,以便应用于不同的情况。同样,具有高成本效益的聚脂薄膜基材由于其具有高弹性,尺寸稳定性,薄膜表面质量,光电耦合和耐环境性等优点也将被市场接受,从而满足用户多变的需求。

与刚性HDI PCB相似,柔性PCB必须适应高速高频信号传输的要求,柔性基板材料的介电常数和介电损耗也必须得到关注。柔性电路可以由聚四氟乙烯和先进的聚酰亚胺基材组成。可以将无机粉尘和碳纤维添加到聚酰亚胺树脂中,以产生三层挠性导热基底。无机填充材料可以是氮化铝,氧化铝或六方氮化硼。这种类型的基板材料具有1.51W / mK的导热性能,并且能够抵抗2.5kV的电压和180度的曲率。

柔性PCB主要应用于智能手机,可穿戴设备,医疗设备和机器人技术,这对柔性PCB结构提出了新的要求。迄今为止,已经开发出一些包含柔性PCB的新产品,例如超薄柔性多层PCB,其厚度从0.4mm减小到0.2mm。通过使用具有低Dk和Df的聚酰亚胺衬底材料,高速传输柔性PCB可以达到5Gbps的传输速度。大功率柔性PCB采用厚度大于100μm的导体,以满足大功率,大电流电路的要求。所有这些特殊的柔性PCB自然会获得非常规的基板材料。

让PCBCart照顾您的PCB材料选择和PCB制造需求

本文从科学和专业的角度讨论了为印刷电路板选择基板材料的准则。当您对涉及基材材料属性的那些术语(例如介电常数(Dk),耗散因数(Df),表面粗糙度,热分解温度,CTE等)不清楚时,这里提供了一种经济高效的方法决定合适的基材材料。

作为裸露板制造,PCB组装和组件采购服务的全球领先供应商之一,PCBCart致力于根据可靠性和成本问题为客户定制最佳的PCB解决方案。为了确定合适的基板材料选择和PCB生产,我们的工程师考虑了所有因素,包括PCB的功能和应用环境以及您的项目预算和产品性能要求。到目前为止,我们已经涵盖了FR4 PCB,Rogers PCB,Flex / Flex-Rigid PCB,Metal Core PCB等上成千上万的PCB项目,消费者满意度为99%。您可以放心,PCBCart可以为您的项目选择完美的PCB基板材料,并以应有的最佳性能来制造电路板!

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