如何確定您的PCB基板材料

眾所周知，PCB（印刷電路板）的基本屬性取決于其基板材料的性能。因此，為了提高電路板的性能，首先必須優(yōu)化基板材料的性能。到目前為止，正在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用各種新型材料，以滿(mǎn)足與新技術(shù)和市場(chǎng)趨勢(shì)相適應(yīng)的要求。

近年來(lái)印刷電路板發(fā)生了轉(zhuǎn)變市場(chǎng)主要從臺(tái)式電腦等傳統(tǒng)硬件產(chǎn)品到服務(wù)器和移動(dòng)終端等無(wú)線通信。以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)通信設(shè)備推動(dòng)了PCB向高密度，輕便和多功能的發(fā)展。如果沒(méi)有基板材料，其工藝要求與PCB的性能密切相關(guān)，則永遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)印刷電路技術(shù)。因此，基板材料選擇在提供PCB和最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

滿(mǎn)足高密度和細(xì)線的需求

?對(duì)銅箔的要求

所有PCB板都朝著更高密度和更精細(xì)的線路發(fā)展，尤其是HDI PCB（高密度互連PCB）。十年前，HDI PCB被定義為PCB，其線寬（L）和線間距（S）為0.1mm或更低。然而，目前電子工業(yè)中L和S的標(biāo)準(zhǔn)值可以小到60μm，在先進(jìn)的情況下，它們的值可以低至40μm。

電路圖的傳統(tǒng)方法形成在于成像和蝕刻過(guò)程中，隨著薄銅箔基板（厚度在9μm到12μm范圍內(nèi)）的應(yīng)用，L和S的最低值達(dá)到30μm。

由于薄銅箔CCL（覆銅層壓板）成本高，堆疊有許多缺陷，許多PCB制造商傾向于使用蝕刻 - 銅箔方法，而銅箔厚度設(shè)置為18μm。實(shí)際上并不推薦這種方法，因?yàn)樗喑绦?，厚度難以控制并導(dǎo)致更高的成本。結(jié)果，薄銅箔更好。另外，當(dāng)板的L和S值小于20μm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)銅箔不起作用。最后，建議使用超薄銅箔，因?yàn)槠溷~厚度可在3μm至5μm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

除了銅箔的厚度外，目前的精密電路還要求低粗糙度的銅箔表面。為了提高銅箔與基板材料的粘接能力，確保導(dǎo)體的剝離強(qiáng)度，在銅箔平面上進(jìn)行粗加工處理，銅箔的普通粗糙度大于5μm。

嵌入駝峰銅箔成為基材，旨在提高其剝離強(qiáng)度。然而，為了在電路蝕刻期間控制引線精度遠(yuǎn)離過(guò)蝕刻，傾向于引起駝峰污染物，從而可能引起線之間的短路或絕緣容量降低，這尤其影響精細(xì)電路。因此，需要粗糙度低（小于3μm或甚至1.5μm）的銅箔。

盡管銅箔粗糙度降低，仍需要保留導(dǎo)體的剝離強(qiáng)度，從而引起銅箔和基板材料表面的特殊表面處理，有助于確保導(dǎo)體的剝離強(qiáng)度。

?絕緣介電層壓板的要求

HDI PCB的主要技術(shù)特性之一在于構(gòu)建過(guò)程。通常使用的RCC（樹(shù)脂涂層銅）或預(yù)浸料環(huán)氧玻璃布和銅箔層壓很少導(dǎo)致精細(xì)電路?，F(xiàn)在傾向于應(yīng)用SAP和MSPA，這意味著應(yīng)用絕緣介電膜層壓化學(xué)鍍銅來(lái)產(chǎn)生銅導(dǎo)電平面。由于銅平面薄，可以生產(chǎn)出精細(xì)的電路。

SAP的關(guān)鍵點(diǎn)之一在于層壓介電材料。為了滿(mǎn)足高密度精密電路的要求，必須對(duì)層壓材料提出一些要求，包括介電性能，絕緣，抗熱容量和粘接，以及與HDI PCB兼容的技術(shù)適應(yīng)性。

在全球半導(dǎo)體封裝中，IC封裝基板由陶瓷基板轉(zhuǎn)換為有機(jī)基板。 FC封裝基板的間距變得越來(lái)越小，因此L和S的當(dāng)前典型值為15μm，并且它將更小。

多層基板性能應(yīng)強(qiáng)調(diào)低介電性，低系數(shù)熱膨脹（CTE）和高耐熱性，是指滿(mǎn)足性能對(duì)象的低成本基板。如今，MSPA絕緣介質(zhì)疊層技術(shù)與薄銅箔相結(jié)合，應(yīng)用于精密電路的批量生產(chǎn)。 SAP用于制造L和S值均小于10μm的電路圖案。

PCB的高密度和薄度導(dǎo)致HDI PCB從帶芯的層壓轉(zhuǎn)換為任何層核心。對(duì)于具有相同功能的HDI PCB，任何層上互連的PCB的面積和厚度比具有芯層壓的那些減少25％。必須在這兩種HDI PCB中應(yīng)用具有更好電性能的更薄的介電層。

要求從高頻和高速導(dǎo)出

電子通信技術(shù)有從有線到無(wú)線，從低頻和低速到高頻和高速。智能手機(jī)性能已經(jīng)從4G發(fā)展到5G，需要更快的傳輸速度和更大的傳輸量。

全球云計(jì)算時(shí)代的到來(lái)導(dǎo)致數(shù)據(jù)流量的多倍增加，具有明顯的趨勢(shì)高頻率和高速通信設(shè)備。為了滿(mǎn)足高頻和高速傳輸?shù)囊?，除了減少信號(hào)干擾和消耗，信號(hào)完整性和制造與PCB設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)要求兼容外，高性能材料是最重要的元素。

工程師的主要工作是降低電信號(hào)損耗的屬性，以提高PCB速度，并解決信號(hào)完整性問(wèn)題?；赑CBCart超過(guò)十年的制造服務(wù)，作為影響基板材料選擇的關(guān)鍵因素，當(dāng)介電常數(shù)（Dk）低于4且介電損耗（Df）低于0.010時(shí)，它被視為中間Dk/Df層壓板，當(dāng)Dk低于3.7且Df低于0.005，它被認(rèn)為是低Dk/Df層壓板。目前，市場(chǎng)上可以采用多種基板材料。

到目前為止，常用的高頻電路板基板材料主要有三種類(lèi)型：氟系樹(shù)脂，PPO或PPE樹(shù)脂和改性環(huán)氧樹(shù)脂。氟系列介電基板，例如PTFE，具有最低的介電性能，通常用于頻率為5GHz或更高的產(chǎn)品。而改性環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R-4或PPO基板適用于頻率范圍為1GHz至10GHz的產(chǎn)品。

比較三種高頻基板材料，環(huán)氧樹(shù)脂的功能最低價(jià)格雖然氟系列樹(shù)脂最高。在介電常數(shù)，介電損耗，吸水率和頻率特性方面，氟系樹(shù)脂表現(xiàn)最佳，而環(huán)氧樹(shù)脂表現(xiàn)更差。當(dāng)產(chǎn)品施加的頻率高于10GHz時(shí)，只有氟系樹(shù)脂起作用。 PTFE的缺點(diǎn)包括成本高，剛性差，熱膨脹系數(shù)高。

對(duì)于PTFE，可以使用塊狀無(wú)機(jī)物（如二氧化硅）作為填充材料或玻璃布加強(qiáng)基材材料剛性和降低熱膨脹系數(shù)。此外，由于聚四氟乙烯分子的惰性，聚四氟乙烯分子難以與銅箔結(jié)合，因此必須實(shí)現(xiàn)與銅箔相容的特殊表面處理。處理方法在于在聚四氟乙烯表面上進(jìn)行化學(xué)蝕刻以增加表面粗糙度或添加粘合膜以增加粘合能力。隨著這種方法的應(yīng)用，可能會(huì)影響介電性能，并且必須對(duì)整個(gè)氟系高頻電路進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。

由改性環(huán)氧樹(shù)脂組成的獨(dú)特絕緣樹(shù)脂或PPE和TMA，MDI和BMI，再加上玻璃布。與FR-4 CCL類(lèi)似，它還具有出色的耐熱性和介電特性，機(jī)械強(qiáng)度以及PCB的可制造性，所有這些都使其比PTFE型基板更受歡迎。

除了對(duì)上述樹(shù)脂等絕緣材料的性能要求外，作為導(dǎo)體的銅的表面粗糙度也是影響信號(hào)傳輸損耗的重要因素，這是趨膚效應(yīng)的結(jié)果?；旧?，皮膚效應(yīng)是在高頻信號(hào)傳輸和電感引線上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)變得如此集中在引線的截面區(qū)域的中心，驅(qū)動(dòng)電流或信號(hào)聚焦在引線表面。導(dǎo)體表面粗糙度對(duì)影響傳輸信號(hào)損耗起著關(guān)鍵作用，低粗糙度導(dǎo)致?lián)p耗很小。

在相同頻率下，銅的高表面粗糙度會(huì)導(dǎo)致高信號(hào)損失。因此，在實(shí)際制造中必須控制表面銅的粗糙度，并且在不影響粘附的情況下應(yīng)該盡可能低。必須非常注意10GHz或更高頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。銅箔的粗糙度要求小于1μm，最好使用粗糙度為0.04μm的超表面銅箔。銅箔的表面粗糙度必須與合適的氧化處理和粘合樹(shù)脂體系相結(jié)合。在不久的將來(lái)，可能會(huì)有一種沒(méi)有輪廓涂覆樹(shù)脂的銅箔，它具有更高的剝離強(qiáng)度，防止介電損耗受到影響。

要求高熱阻和高耗散

隨著小型化和高功能化的發(fā)展趨勢(shì)，電子設(shè)備往往會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，因此電子設(shè)備的熱管理要求越來(lái)越高需求。該問(wèn)題的解決方案之一在于導(dǎo)熱PCB的研究和開(kāi)發(fā)。 PCB在耐熱性和耗散性方面表現(xiàn)良好的基本條件是基板的耐熱性和耗散能力。目前在PCB的導(dǎo)熱能力方面的改進(jìn)在于通過(guò)樹(shù)脂和填充添加來(lái)改善，但它僅在有限的類(lèi)別內(nèi)起作用。典型的方法是應(yīng)用IMS或金屬核心PCB，它們起加熱元件的作用。與傳統(tǒng)的散熱器和風(fēng)扇相比，這種方法具有體積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)。

鋁是一種非常吸引人的材料，具有資源豐富，成本低，導(dǎo)熱性能好的優(yōu)點(diǎn)。和強(qiáng)度。此外，它是如此環(huán)保，它被大多數(shù)金屬基板或金屬芯應(yīng)用。由于經(jīng)濟(jì)性，可靠的電連接，導(dǎo)熱性和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)焊料和無(wú)鉛，鋁基電路板已應(yīng)用于消費(fèi)品，汽車(chē)，軍用品和航空航天產(chǎn)品。毫無(wú)疑問(wèn)，金屬基板的耐熱性和耗散性能，關(guān)鍵在于金屬板與電路平面之間的粘合性能。

如何確定基板材料您的PCB？

在現(xiàn)代電子時(shí)代，電子設(shè)備的微型和薄型導(dǎo)致剛性PCB和柔性/剛性PCB的必要出現(xiàn)。那么什么類(lèi)型的基板材料適合它們？

增加剛性PCB和柔性/剛性PCB的應(yīng)用領(lǐng)域在數(shù)量和性能方面帶來(lái)了新的要求。例如，聚酰亞胺膜可以分為多種類(lèi)別，包括透明，白色，黑色和黃色，具有高耐熱性和低熱膨脹系數(shù)，以便在不同情況下應(yīng)用。同樣，具有高成本效益的聚酯薄膜基材由于其高彈性，尺寸穩(wěn)定性，薄膜表面質(zhì)量，光電耦合和環(huán)境抵抗等優(yōu)點(diǎn)，也將被市場(chǎng)所接受，以滿(mǎn)足用戶(hù)的多變需求。

與剛性HDI PCB類(lèi)似，柔性PCB必須適應(yīng)高速高頻信號(hào)傳輸?shù)囊?，必須關(guān)注柔性基板材料的介電常數(shù)和介電損耗。柔性電路可由聚四氟乙烯和前進(jìn)的聚酰亞胺基板組成。可以將無(wú)機(jī)灰塵和碳纖維添加到聚酰亞胺樹(shù)脂中以導(dǎo)致產(chǎn)生三層柔性導(dǎo)熱基板。無(wú)機(jī)填充材料可以是氮化鋁，氧化鋁或六方氮化硼。這種類(lèi)型的基板材料具有1.51W/mK的導(dǎo)熱性能，能夠抵抗2.5kV的電壓和180度的曲率。