전자 설계 - 회로기판 기판의 업계 추세와 중요성

1. FR-4 판재의 지속적인 혁신

결론적으로, 회로 기판의 기판은 주로 세 가지 원자재를 포함한다: 동박, 수지, 증강 재료.그러나 우리가 현재의 기질을 더욱 연구하고 그 다년간의 변화를 고찰한다면 기질내용의 복잡성은 상상하기 어려운것임을 발견하게 될것이다.무연 시대에 회로기판 제조업체의 기판 품질에 대한 요구가 갈수록 엄격해지기 때문에 수지와 기판의 성능과 규격은 의심할 여지 없이 더욱 복잡해질 것이다.기판 공급업체가 직면한 도전은 다양한 고객 수요 사이에서 최적의 균형을 찾아 가장 경제적인 생산성을 얻고 제품 데이터를 전체 공급망에 참고로 제공하는 것이다.

FR-4 보드의 발전 과정을 종합하면, 여러 해 동안 일부 사업자들은 FR-4 보드가 녹초가 되었다고 생각했기 때문에 다른 고성능 대체품을 사용했다.규격 요구가 증가할 때마다 판재 공급업체는 반드시 고객의 수요를 만족시키기 위해 노력해야 한다.최근 몇 년 동안 시장의 가장 뚜렷한 발전 추세는 높은 Tg 판재에 대한 수요가 대폭 증가한 것이다.사실 많은 운영자들이 TG 문제에 대한 이해는 높은 TG가 효율적이거나 더 나은 신뢰성을 가지고 있다는 것을 보여주는 것 같다.이 문서의 주요 목적 중 하나는 차세대 FR-4 보드에 필요한 특성을 TG로 완전히 표현할 수 없다는 것을 설명하는 것이므로 무연 용접의 도전에 대처하기 위해 더 많은 강한 내열성 새로운 사양을 제시합니다.

2. 업계 트렌드 선도 기판 규격

일련의 지속적인 산업 추세는 시장과 재배합 판재의 채택을 촉진 할 것입니다.이러한 경향에는 다음과 같은 다중 레이어 보드 설계 경향, 환경 보호 규정 및 전기 요구 사항이 포함됩니다.

2.1 멀티 플레이트 설계 경향

현재 PCB의 설계 추세 중 하나는 케이블 연결 밀도를 높이는 것입니다.이 목표를 실현하는 데는 세 가지 방법이 있다. 첫째, 선폭과 선거리를 줄여 단위 면적이 점점 더 밀집된 배선을 수용할 수 있도록 한다.둘째, 회로기판의 층수를 증가한다.마지막으로 용접 디스크의 구멍 지름과 크기를 줄였습니다.

그러나 단위 면적이 더 많은 선로를 분포할 때 운행 온도는 반드시 상승할 것이다.또한 회로 기판의 계층 수가 증가함에 따라 완제품 기판은 반드시 동시에 두꺼워질 것이다.그렇지 않으면 원래 두께를 유지하기 위해 더 얇은 개전층만 눌러야 합니다.PCB가 두꺼울수록 열축적으로 인한 통공벽의 열응력이 더 많이 증가하는데 이는 Z방향에서의 열팽창효과를 증가시킨다.비교적 얇은 개전층을 선택할 때 반드시 접착제가 비교적 많은 기재와 박막을 사용해야 한다는것을 의미한다.그러나 젤라틴 함량이 더 높으면 Z 방향에서 통공의 열팽창과 응력이 다시 증가합니다.또한 통공의 지름을 줄여 불가피하게 종횡비를 증가시켰다;따라서 도금된 구멍의 신뢰성을 확보하기 위해 기판은 반드시 비교적 낮은 열팽창과 비교적 좋은 열안정성을 가져야 한다.

위의 요인 외에도 보드 어셈블리의 밀도가 높아지면 구멍 배치가 더 세밀하게 정렬됩니다.그러나 이는 유리빔의 누출을 더욱 긴장시키고 심지어 기저유리섬유를 공벽사이에 교접하게 하여 단락을 초래할수 있다.이런 양극사 누출 현상(CAF)은 무연 시대 사람들의 관심사 중 하나다.물론 차세대 기판은 무연 용접의 빈번한 조건을 피하기 위해 CAF 저항이 더 좋아야 한다.

2.2 환경 보호 규정

환경 법규는 정치적 개입으로 유럽 연합의 RoHS 및 WEEE 지침과 같은 기초 재료에 대한 많은 추가 요구 사항을 추가했으며 이는 판재 규격 제정에 영향을 미칠 것입니다.많은 규정에서 ROHS는 용접 과정에서 납 함량을 제한합니다.주석 납 용접재는 이미 조립 공장에서 여러 해 동안 사용되었다.그 합금의 용접점은 183도이고 용접 공정의 온도는 보통 220도 정도이다.납이 없는 주류 용접재의 주석-은-동 합금 (예: sac305) 의 용접점은 약 217도이며, 일반적으로 용접할 때의 최고 온도는 245도에 달한다.용접온도의 상승은 기저가 반드시 더욱 좋은 열안정성을 가져야만 여러차례의 용접으로 인한 열충격을 감당할수 있다는것을 의미한다.

RoHS 지침은 또한 다냄새 톨루엔 도브롬 톨루엔 및 도브롬 디페닐 에테르를 포함하여 할로겐을 함유 한 난연제를 금지합니다.그러나 PCB 기판에서 가장 많이 사용되는 난연제, 테트라 냄새 비스페놀 TBBA는 RoHS 블랙리스트에 올라 있지 않다.그럼에도 불구하고 TBBA를 함유한 판재가 가열할 때 회화반응이 부당하여 일부 기계브랜드는 여전히 할로겐이 없는 재료를 채용하는것을 고려하고있다.

2.3 전기 요구 사항

고속, 광대역 및 무선 주파수의 응용은 보드가 더 나은 전기 성능, 즉 개전 상수 DK 및 손실 계수 DF를 가지도록 강요하므로 낮은 상태를 유지해야 할 뿐만 아니라 전체 보드에서 안정적이고 제어 가능성이 좋아야 한다.이러한 전기 요구 사항을 충족하는 사람들은 열 안정성 측면에서 동시에 약점을 겪어야합니다.오직 이렇게 해야만 그들의 시장 수요와 점유율이 성장함에 따라 얻을 수 있다.

3. 기초 재료의 중요한 성능

무연 시장에 필요한 열 안정성을 고려하기 위해 주의해야 할 물리적 성능은 고온 무연 용접에 필요한 유리화 변환 온도 (TG), 열 팽창 계수 CTEs 및 분열 방지 온도 TD,

유리화 전환 온도는 수지 기체의 성능을 평가하는 데 가장 자주 사용되는 중요한 지표이다.수지의 Tg란 중합체가 일정한 온도 범위로 가열되면 수지가 실온에서 단단한'유리 상태'(비고정 고체 물질의 통칭)에서 고온에서 가소성이 있고 부드러운'고무 상태'로 바뀌는 것을 말한다. Tg는 앞뒤 각종 판재의 다양한 성능이 크게 달라진다.

모든 물질은 온도 변화에 따라 팽창과 수축 변화가 발생한다.TG 이전 기판의 열팽창률은 일반적으로 낮고 중간입니다.온도에 따른 기판 크기 변화를 기록하는 열 기계 분석(TMA)외추법을 통해 두 곡선으로 확장된 점선의 교차점은 온도, 즉 밑받침의 Tg를 지시하는 데 사용될 수 있다.TG의 앞뒤 곡선 기울기의 큰 차이는 열팽창률이 다르다는 것을 보여준다. 이른바 열팽창계수(CTEs)다. 판재의 z-cte는 완제품 판재의 신뢰성에 영향을 주고 하류 조립에 더 중요하기 때문에 모든 운영자가 이를 무시할 수 없다.열팽창이 적은 통공 동벽도 비교적 작은 응력을 나타내기 때문에 신뢰성도 더욱 좋아야 한다는 점에 유의해야 한다.그러나 일반적으로 TG는 상당히 고정된 온도 점으로 간주됩니다.사실 그렇지 않다. 곡선 호도에 따라 판의 온도가 TG 근처로 올라가면 물리적 성질이 크게 변하기 시작한다.

그림 1.샘플 Tg를 측정하는 데 사용되는 TMA에 대한 설명입니다.샘플 가열 과정에서 Z축판 두께가 점차 증가할 때, 열팽창 곡선이 실온 유리 상태에서 변화할 때 기울기는 ±1cte로 고온 고무 상태로 전환된다. 2cte 기울기의 경우 전환 상태에 해당하는 온도 범위는 TG이다

TMA 테스트 방법 외에도 차시 주사량 열법(DSC)과 엔진 동적 열분석법 두 가지 TG를 측정할 수 있는 방법이 있다.TMA와 달리 DSC 분석은 온도 변화에 대응하는 보드의 열 흐름을 측정합니다.흡열 또는 방열 반응은 TG 범위 내에서 수지의 온도 상승을 변경합니다.DSC를 통해 측정된 TG의 경우 일반적으로 TMA 측정 결과보다 섭씨 5도 정도 높습니다.DMA의 또 다른 동적 열 기계 분석 방법은 판재 계량과 온도 사이의 관계를 측정하는 것입니다. 섭씨 15도 이상이며 IPC 사양은 TMA의 측정과 더 일치합니다.

위의 TMA 열 분석 기기는 최종 기판의 Tg 외에도 최종 기판을 고온 시험판에 배치하고 설정된 260도, 288도 또는 300도의 고온 환경에서 다양한 최종 기판의 Z 방향에서의 내열 분열 시간을 측정할 수 있습니다. T260이라고 합니다.약칭 t288과 T300은 여러 차례 무연 용접에서 판재 파열과 균열층이 나타날지 시뮬레이션한다.현재 ipc-4101b의 상술한 세 가지 방법은 이미 규범 목록에 포함되었는데, 이는 FR-4판이 무연으로 인해 진행된 중대한 개혁으로 볼 수 있다.

3.2 열팽창 계수(CTEs)의 해석

많은 문헌에 따르면 높은 Tg는 좋은 수지 품질을 나타내지만 무연 용접이 항상 그렇지는 않습니다.일반적으로 높은 Tg는 수지가 빠르게 열팽창하기 전의 초기 온도를 지연시킬 수 있으며 전체 열팽창은 판의 유형에 따라 다릅니다.낮은 Tg를 가진 보드의 전체 열 팽창도 작습니다.또한 수지에 약간의 충전재를 첨가해도 온도를 낮출 수 있다. 위 그림 2에 표시된 세 가지 수지 재료의 CTE는 재료 C의 Tg가 재료 a보다 높지만 재료 C의 CTE는 Tg 이후 빠르게 상승하기 때문에 전체 열팽창은 재료 a보다 훨씬 크고 나쁘다는 것을 보여준다. a와 B의 경우TG 앞뒤의 CTE에서 두 재료가 동일하면 TG가 높은 재료 B의 총 열팽창은 재료 A보다 낮습니다. 마지막으로 재료 B와 C의 TG가 같지만 B의 이유로 TG 뒤의 CTE가 낮기 때문에 B의 전체 열팽창은 상대적으로 작습니다.

또한 세 판의 Tg는 섭씨 175도이지만 등z축의 열팽창 계수가 달라 열팽창률이 다르다는 것을 알 수 있다.그림 3에서 세 가지 재료의 주요 차이점은 TG 섬-2ct 이후의 열 팽창 계수가 다르다는 것입니다.한 마디로 하면 판의 전체 열팽창 계수가 낮을수록 통공 동벽의 신뢰성을 높이는 데 도움이 될 것이다.

사실 상황이 항상 그렇지는 않다!기질의 다른 중요한 특성을 계속 논의하기 전에 TG와 CTE 간의 관계를 먼저 설명해야 합니다.높은 Tg 보드의 장점 중 하나는 Z축의 열팽창 계수가 낮기 때문에 전체적인 열팽창이 낮다는 것이다.따라서 TG 이후 급속한 열팽창의 불리한 현상을 늦추고 구리 벽의 잔여 응력을 낮출 수 있습니다.

그러나 몇 가지 특별한 경우에는 높은 Tg 보드의 CTE가 낮은 Tg 보드보다 클 수 있습니다.따라서 판재를 선택할 때 CTE를 고려해야 합니다.각 보드의 Tg는 같지만 CTE도 다를 수 있습니다.열 순환 실험을 할 때 통공 동벽이 느끼는 응력도 달라진다.그림 3의 재료 C는 높은 Tg와 낮은 CTE의 두 가지 장점을 모두 가지고 있다.