Rancangan Elektronik - Tenderasi industri dan kepentingan substrat papan sirkuit

1. Innovasi terus menerus plat FR-4

Secara singkat, substrat papan sirkuit terutamanya mengandungi tiga bahan mentah: foil tembaga, resin dan bahan penyokong. Namun, jika kita belajar lebih lanjut substrat semasa dan memeriksa perubahannya selama bertahun-tahun, kita akan mendapati bahawa kompleksiti kandungan substrat tidak dapat dibayangkan. Kerana keperluan papan sirkuit yang semakin ketat untuk kualiti substrat dalam era bebas lead, prestasi dan spesifikasi resin dan substrat tidak diragukan akan menjadi lebih kompleks. Satu cabaran bagi penyedia substrat adalah untuk mencari keseimbangan terbaik antara pelbagai kebutuhan pelanggan untuk mendapatkan keuntungan produksi ekonomi paling, dan menyediakan data produk mereka kepada rantai bekalan keseluruhan sebagai rujukan.

Mengambil pandangan meliputi sejarah pembangunan plat FR-4, selama bertahun-tahun, beberapa operator sentiasa percaya bahawa plat FR-4 telah kelelahan, sehingga mereka berubah kepada pengganti yang lain prestasi tinggi. Setiap kali keperluan spesifikasi meningkat, penyedia piring mesti bekerja keras untuk memenuhi keperluan pelanggan. Pada tahun-tahun terakhir, trenden pembangunan paling jelas pasar adalah peningkatan besar permintaan untuk plat Tg tinggi. Sebenarnya, pemahaman banyak operator mengenai isu TG seolah-olah menunjukkan bahawa Tg tinggi mempunyai efisiensi tinggi atau kepercayaan yang lebih baik. Salah satu tujuan utama kertas ini adalah untuk menjelaskan bahawa ciri-ciri yang diperlukan untuk plat FR-4 generasi berikutnya tidak boleh diungkapkan sepenuhnya oleh TG, jadi ia adalah untuk menghantar lebih spesifikasi baru untuk resistensi panas kuat untuk memenuhi cabaran penyelamatan bebas lead.

2.Trends industri memimpin spesifikasi substrat

Beberapa perkembangan industri yang sedang berlangsung akan mempromosikan pasar dan adopsi plat yang diubah. Tenderasi ini termasuk Tenderasi desain plat berbilang lapisan, peraturan perlindungan persekitaran dan permintaan elektrik, yang diterangkan di bawah:

2.1. Tengah desain plat berbilang

Pada masa ini, salah satu perkembangan rancangan PCB adalah untuk meningkatkan ketepatan kabel. Terdapat tiga kaedah untuk mencapai tujuan ini: pertama, mengurangi lebar garis dan jarak garis, supaya kabel yang semakin padat boleh diakomodasi per kawasan unit; Kedua ialah untuk meningkatkan bilangan lapisan papan sirkuit; Akhirnya, diameter pori dan saiz pad penywelding dikurangi.

Namun, bila lebih banyak garis dibahagikan per kawasan unit, suhu operasi terikat untuk meningkat. Selain itu, dengan jumlah yang meningkat lapisan papan sirkuit, papan selesai terikat ke tebal secara serentak. Jika tidak, ia hanya boleh ditekan dengan lapisan dielektrik yang lebih tipis untuk menjaga tebal asal. Semakin tebal PCB, semakin tekanan panas dinding lubang disebabkan oleh akumulasi panas akan meningkat, yang akan meningkat kesan pengembangan panas dalam arah Z. Apabila memilih lapisan dielektrik yang lebih tipis, ia bermakna bahawa substrat dan filem dengan kandungan lebih lembut mesti digunakan; Namun, jika kandungan lem lebih tinggi, pengembangan panas dan tekanan dalam arah Z lubang melalui akan meningkat lagi. Selain itu, mengurangi diameter lubang melalui tidak dapat menghindari meningkatkan nisbah aspek; Oleh itu, untuk memastikan kepercayaan yang dilapisi melalui lubang, substrat mesti mempunyai pengembangan panas yang lebih rendah dan kestabilan panas yang lebih baik.

Selain faktor di atas, apabila ketepatan komponen pengumpulan papan sirkuit meningkat, bentangan melalui lubang akan diatur lebih dekat. Namun, ini akan membuat kebocoran bundle kaca lebih tegang, dan bahkan jembatan dalam serat kaca dasar antara dinding lubang, yang menyebabkan sirkuit pendek. Fenomen kebocoran filamentus anodi (CAF) ini adalah salah satu topik yang bimbang tentang plat di era bebas lead. Sudah tentu, generasi baru substrat mesti mempunyai resistensi CAF yang lebih baik untuk menghindari keadaan sering dalam penywelding bebas lead.

2.2 peraturan perlindungan persekitaran

Peraturan persekitaran menambah banyak keperluan tambahan untuk substrat dengan intervensi politik, seperti arahan RoHS dan WEEE Uni Eropah, yang akan mempengaruhi bentuk spesifikasi piring. Dalam banyak peraturan, ROHS menghapuskan kandungan utama semasa penywelding. Prajurit lead Tin telah digunakan di tanaman pengumpulan selama bertahun-tahun. Titik cair legasinya ialah 183 darjah Celsius, sementara suhu proses penyelesaian fusi secara umum sekitar 220 darjah Celsius. Liu tembaga perak tinju dari solder utama bebas lead (seperti sac305) mempunyai titik cair sekitar 217 darjah Celsius, dan biasanya suhu puncak semasa penywelan fusi akan menjadi 245 darjah Celsius. Tingkat suhu penywelding bermakna bahawa substrat mesti mempunyai kestabilan panas yang lebih baik untuk menahan kejutan panas disebabkan penywelding fusi berbilang.

Arahan RoHS juga melarang beberapa halogen yang mengandungi penanda api, termasuk bifenil poliodor PBB dan PBDE. Namun, penyebab api yang paling biasa digunakan dalam substrat PCB, tetraodorylbisphenol TBBA, tidak ada dalam senarai hitam RoHS. Namun, disebabkan reaksi abu yang tidak sesuai dari plat yang mengandungi TBBA apabila memanaskan, beberapa markah mesin masih mempertimbangkan mengadopsi bahan-bahan bebas halogen.

2.3 keperluan elektrik

Aplikasi kelajuan tinggi, jalur lebar dan frekuensi radio memaksa plat untuk mempunyai prestasi elektrik yang lebih baik, iaitu, konstan dielektrik DK dan faktor kehilangan DF, yang tidak hanya perlu disimpan rendah, tetapi juga stabil di seluruh papan, dan seharusnya boleh dikawal dengan baik. Mereka yang memenuhi keperluan elektrik ini mesti lebih rendah dalam kestabilan panas pada masa yang sama. Hanya dengan cara ini boleh permintaan pasar dan bahagian mereka mendapatkan dengan meningkat.

3.Ciri-ciri penting substrat

Untuk mempertimbangkan kestabilan panas yang diperlukan oleh pasar bebas plum, ciri-ciri fizikal yang mesti diperhatikan untuk termasuk: suhu trangsi kaca (TG), koeficient pengembangan panas CTE, dan suhu tahan retakan TD yang diperlukan untuk penyelamatan bebas plum suhu tinggi,

Suhu transisi kaca adalah indeks penting yang paling biasa digunakan untuk menilai ciri-ciri substrat resin. Yang dipanggil Tg resin merujuk kepada bahawa apabila polimer dipanas ke julat suhu tertentu, resin akan berubah dari "keadaan kaca" keras (term a umum untuk bahan-bahan yang tidak tetap) pada suhu bilik ke "keadaan plastik" lembut pada suhu tinggi Keutamaan pelbagai plat sebelum dan selepas TG akan agak berbeza.

Semua bahan akan mempunyai perubahan pengembangan dan kontraksi disebabkan perubahan suhu. Kadar pengembangan panas substrat sebelum TG biasanya rendah dan sederhana. Analisis mekanik suhu (TMA) Perubahan saiz substrat yang sepadan dengan suhu boleh direkam. Dengan ekstrapolasi, persimpangan garis dotted yang dilambangkan oleh dua lengkung boleh digunakan untuk menunjukkan suhu, iaitu Tg substrat. Perbezaan besar dalam cerun lengkung sebelum dan selepas TG menunjukkan kadar pengembangan panas yang berbeza bagi kedua-dua, iaitu, yang disebut koeficient α 1 dan α 2 pengembangan panas (CTE) Oleh kerana z-cte plat akan mempengaruhi kepercayaan plat selesai dan lebih penting untuk kumpulan turun, ia tidak boleh diabaikan oleh semua operator. Perlu dicatat bahawa dinding tembaga lubang melalui lubang dengan pengembangan panas kecil juga akan menunjukkan sedikit tekanan, jadi kepercayaan mesti juga lebih baik. Namun, secara umum dipercayai bahawa TG adalah titik suhu yang cukup tetap. Sebenarnya, ia tidak menurut radian lengkung, apabila suhu plat naik dekat TG, ciri-ciri fizikalnya akan mula berubah besar.

Figur 1. Ini adalah keterangan TMA untuk mengukur Tg sampel. Apabila tebal plat paksi-z secara perlahan-lahan meningkat semasa pemanasan sampel, apabila lengkung pemanasan panas berubah dari keadaan cahaya suhu bilik cermin α- 1cte, perubahan ke keadaan cahaya suhu tinggi α- Untuk cermin 2cte, julat suhu yang sepadan dengan keadaan perubahan adalah TG

Selain kaedah ujian TMA, terdapat juga kalorimetri imbasan berbeza (DSC) dan analisis enjin panas dinamik TG boleh diukur dalam dua cara. Berbeza dari TMA, analisis DSC mengukur aliran panas plat yang sepadan dengan perubahan suhu. Reaksi endotermik atau eksotermik akan mengubah meningkat suhu resin dalam julat TG. Bagi TG yang diukur oleh DSC, ia biasanya kira-kira 5 darjah Celsius lebih tinggi daripada hasil pengukuran TMA. DMA kaedah analisis termomekanik dinamik lain adalah untuk mengukur hubungan antara modulus plat dan suhu Ia akan lebih tinggi daripada 15 darjah Celsius, dan spesifikasi IPC lebih konsisten dengan mengukur TMA.

Selain mengukur Tg plat selesai, instrumen analisis suhu TMA di atas juga boleh meletakkan plat selesai dalam piring ujian suhu tinggi dan mengawasi masa retak tahan suhu dari pelbagai plat selesai dalam arah Z dalam persekitaran suhu tinggi ditetapkan 260 darjah Celsius, 288 darjah Celsius atau 300 darjah Celsius, disebut sebagai T260, t288 dan T300 untuk pendek, untuk simulasi sama ada akan ada peledak meletup dan retak lapisan dalam penyelamatan bebas plum berbilang. Pada masa ini, ipc-4101b Tiga praktek di atas telah disertai dalam senarai spesifikasi, yang boleh dianggap sebagai reformasi utama plat FR-4 kerana bebas lead.

3.2 interpretasi koeficien pengembangan panas (CTE)

Banyak literatur telah menunjukkan bahawa Tg tinggi mewakili kualiti resin yang baik, tetapi ini tidak sentiasa berlaku untuk penyelamatan bebas lead. Secara umum, Tg tinggi pasti akan menunda suhu awal sebelum pengembangan panas pantas resin, dan pengembangan panas keseluruhannya berbeza mengikut jenis plat. Kembangan panas keseluruhan plat dengan Tg rendah juga kurang. Selain itu, menambah beberapa penuh ke resin juga boleh mengurangkan suhu CTE dari tiga bahan resin yang dipaparkan dalam Figur 2 di atas menunjukkan bahawa Tg bahan C lebih tinggi daripada bahan a, tetapi CTE bahan C meningkat dengan cepat selepas TG, jadi pengembangan panas keseluruhan jauh lebih besar dan lebih teruk daripada bahan A. mengambil a dan B sebagai contoh, Jika CTE kedua-dua bahan adalah sama sebelum dan selepas TG, keseluruhan pengembangan panas bahan B dengan Tg yang lebih tinggi akan masih lebih rendah daripada bahan A. akhirnya, walaupun Tg bahan B dan C adalah sama, kerana B CTE selepas TG adalah rendah, jadi pengembangan panas keseluruhan B adalah relatif kecil.

Ia juga boleh dilihat bahawa Tg dari tiga plat adalah 175 darjah Celsius, tetapi koeficient pengembangan panas paksi z sama berbeza, yang mengakibatkan perbezaan kadar pengembangan panas. Perbezaan utama tiga bahan dalam Figur 3 adalah koeficien pengembangan panas selepas TG α- 2cte berbeza antara satu sama lain. Dalam satu perkataan, semakin rendah koeficien pengembangan panas keseluruhan plat akan membantu untuk meningkatkan kepercayaan dinding tembaga lubang melalui.

Sebenarnya, ini tidak selalu berlaku! Sebelum kita terus membincangkan ciri-ciri penting lain dari substrat, kita mesti jelaskan hubungan antara TG dan CTE. Salah satu keuntungan plat Tg tinggi adalah bahawa paksi z koeficient pengembangan panas rendah, jadi ia mempunyai pengembangan panas keseluruhan rendah. Oleh itu, ia boleh menunda fenomena negatif pengembangan panas cepat selepas TG dan mengurangkan tekanan sisa di dinding tembaga.

Namun, dalam beberapa kes istimewa, CTE plat Tg tinggi mungkin lebih besar daripada plat Tg rendah. Oleh itu, CTE mesti dianggap bila memilih plat. Walaupun Tg setiap piring sama, CTE juga mungkin berbeza. Apabila ujian siklus panas dilakukan, tekanan yang dirasakan oleh dinding tembaga lubang akan juga berbeza. Material C dalam Gambar 3 mempunyai keuntungan ganda Tg tinggi dan CTE rendah pada masa yang sama.