Параметры качества подложки печатной платы

Поскольку печатная плата является структурной основой электронных компонентов, к ее электрическим, термостойким и другим свойствам предъявляются строгие требования, крупные компании-производители электроники создают испытательные центры для всестороннего тестирования ее производительности, теперь основные параметры и изменения этих параметров на

Производительность печатной платы представлена ​​следующим образом.

1 температура стеклования (Tg)

Помимо керамических подложек, почти все ламинаты содержат полимеры.Полимер синтезируется из органических материалов, для которых характерен определенный температурный режим, форма подложки будет меняться, при этой температуре подложка становится твердой и хрупкой, то есть похожей на форму стекла, обычно называемого стекловидным;Если температура выше, материал приобретет мягкую резиноподобную форму, также известную как состояние резины или состояние кожи, в это время его механическая прочность значительно ниже, и, следовательно, решение о критической температуре работоспособности материала известна как температура стеклования (Tg).Поэтому критическая температура, определяющая эксплуатационные характеристики материала, называется температурой стеклования (GlassTranstion Temperture, обозначаемой Tg).Очевидно, что в качестве конструкционного материала люди надеются, что его температура стеклования будет как можно выше, температура стеклования уникальна для характеристик полимеров, это ключевой параметр при выборе подложки, это потому, что при сварке SMT Процесс, температура сварки обычно составляет 220 ℃ или около того, намного выше, чем Tg подложки печатной платы, поэтому печатная плата из-за высокой температуры будет подвергаться значительной термической деформации, в то время как компоненты чипа непосредственно привариваются к поверхности печатной платы, когда температура сварки снижается, паяные соединения обычно охлаждаются. в 180 ℃ при первом затвердевании, и в это время температура печатной платы все еще выше Tg, печатная плата все еще находится в состоянии термической деформации, после определенного периода времени, чтобы полностью остыть, в это время печатная плата неизбежно будет производить много термических напряжений, нагрузка на штифты компонентов были сварены, и когда серьезность компонентов приведет к повреждению компонента, как показано на рисунке.

Повреждение компонентов печатной платы от термического напряжения

В ходе испытаний можно увидеть, что, когда подложка схемы находится в подложке, температура стеклования полимера выше температуры, ее расширение будет больше, чем при температуре Tg ниже той же температуры, увеличение величины расширения, при температуре стеклования. Ниже величины теплового расширения материала подложки и температуры приблизительно линейная зависимость, то есть КТР материала подложки приблизительно постоянная, и как только температура превысит температуру стеклования материала, величина теплового расширения материала подложки будет равна Температура переходит в показательную зависимость, то есть с ростом температуры КТР возрастает в геометрической прогрессии.

Поэтому при выборе материалов подложек схемы температура стеклования Tg должна быть не только выше рабочей температуры схемы, но и как можно ближе к самой высокой температуре, возникающей в процессе.

Печатная плата с высокой Tg имеет следующие преимущества: процесс сверления, способствующий сверлению микроотверстий, сверление пластины с низкой Tg будет происходить из-за высокоскоростного сверления, производящего большое количество тепловой энергии, и приводит к размягчению пластины в смоле, поэтому обработка сложности.Печатная плата с высокой температурой Tg в среде с более высокими температурами по-прежнему имеет относительно небольшой КТР, а КТР компонентов микросхемы близок к КТР, что позволяет гарантировать надежную работу продукта.Требования к печатным платам становятся все более высокими, особенно с появлением FQFP, BGA, CSP и других многоконтактных устройств.После пайки компонентов при высокой температуре термическая деформация печатной платы приведет к высокой термической нагрузке на компоненты, поэтому при выборе подложки печатной платы для электронных продуктов следует выбирать подложку с более высокой Tg.

2 Коэффициент теплового расширения (КТР)

Любой материал будет расширяться при нагревании, а коэффициент теплового расширения (КТР) относится к величине линейного изменения размера материала, вызванного каждой единицей изменения температуры.

КТР полимерных материалов обычно выше, чем у неорганических материалов, и когда напряжение расширения превышает предел допуска материала, это может привести к повреждению материала.Для многослойной печатной платы существует разница между КТР в направлениях X и Y (т. е. в направлениях длины и ширины) и КТР в направлении Z (толщина).Следовательно, когда многослойная плата нагревается, отверстия металлизации в направлении Z будут повреждены из-за разницы в напряжении расширения, а в тяжелых случаях отверстия металлизации будут разрушены.Поскольку многослойная плита изготовлена ​​из нескольких однослойных «листов полуотвержденной смолы» горячего прессования, лист полуотвержденной смолы изготовлен из стекловолоконной ткани, пропитанной эпоксидной смолой, нагревается и запекается для получения полуотвержденной стеклоткани из эпоксидной смолы. отвержденное состояние, а затем полуотвержденный лист укладывается слой за слоем, например, необходимо сделать внутренний слой схемы, но также в соответствии с требованиями внутренней схемы следует поместить на медную фольгу и, наконец, будет уложил несколько слоев полуотвержденного листа.Уложенные друг на друга слои полуотвержденного листа подвергаются горячему прессованию, охлаждению, а затем сверлению и нанесению покрытия в нужном месте и, наконец, создают гальванические отверстия, также известные как металлизированные отверстия.

Металлизированные отверстия сделаны, но также и для обеспечения соединения между слоем печатной платы и слоем.Поскольку стенка отверстия после сверления на подложке представляет собой почти эпоксидную смолу, в сочетании с медным слоем она не будет очень высокой.Общая стенка отверстия для металлизации составляет всего около 25. μм, а плотность медного слоя низкая, структура ранней многослойной платы при металлизации отверстия оставляет определенное количество скрытых проблем, то есть полуотвержденный лист в ткани из стекловолокна из-за улучшения, а также ограничения многослойной медной проводки, обычно CTE, значительно уменьшаются до полуотвержденной платы из эпоксидной смолы, например, каждый слой CTE в течение (13 ~ 15) × 10-6 / ℃.И слой за слоем многослойной платы в основном зависит от силы сцепления самой эпоксидной смолы для достижения соединения, поэтому при отсутствии других улучшений и ограничений материала ее КТР после нагрева будет значительно больше, обычно (50 ~ 100). × 10-6 / ℃.Слой полуотвержденного листа находится в направлении XY, тогда как полуотвержденные листы находятся между собой в направлении Z, поэтому существует значительная разница между КТР в направлении XY и направлении Z.Затем, поскольку стенка металлизированного отверстия тонкая, а структура слоя медного покрытия не слишком плотная, при нагревании печатной платы термическое напряжение в направлении Z действует на стенку металлизированного отверстия, и после приложения напряжения к его хрупкой части это приведет к разрушению или частичному разрушению стенки отверстия.

Такие дефекты невозможно предсказать заранее, и иногда скрытые дефекты возникают после того, как электронное изделие использовалось в течение некоторого времени из-за множества причин, таких как усталость, как показано на рисунке.

В изделиях SMT увеличивается плотность разводки печатных плат, увеличивается количество отверстий металлизации и уменьшается диаметр отверстий, а также увеличивается количество слоев в многослойных платах.Для преодоления или устранения вышеперечисленных скрытых проблем обычно принимаются следующие меры:

(1) Процесс вогнутого травления для увеличения силы сцепления между металлизированной стенкой отверстия и многослойной платой;

(2) Соответствующий контроль количества слоев многослойной пластины, в настоящее время рекомендуется использовать от 8 до 10 слоев, чтобы соотношение диаметра и глубины металлических отверстий при контроле составляло 1:3 или около того, что является наиболее безопасное соотношение диаметра и глубины, наиболее распространенное соотношение диаметра и глубины составляет около 1:6;

(3) использование относительно небольших материалов с КТР или использование КТР материалов, уложенных друг на друга, так что общий КТР печатной платы снижается;(4) в процессе производства печатных плат использование глухих и заглубленных отверстий в технологии, как показано на рисунке 8-6, для достижения цели уменьшения соотношения диаметра и глубины, что является наиболее желательным подходом.Слепые переходные отверстия представляют собой соединения между поверхностным слоем и определенными внутренними расслоениями без необходимости проходить через всю подложку, что уменьшает глубину отверстия;заглубленные отверстия представляют собой лишь соединения между внутренними расслоениями, которые могут еще больше уменьшить глубину отверстия.Хотя глухие и заглубленные отверстия при производстве сложны, но надежность печатной платы значительно повышена, с помощью теста световой платы печатной платы можно определить, подключена ли линейная сеть.

После принятия вышеуказанных мер эффективно предотвращайте возникновение явления поломки отверстия металлизации при использовании продукта.

3 плоскостность и термостойкость

1. Плоскостность из-за особенностей процесса SMT, текущая печатная плата требует высокой степени плоскостности, чтобы контакты компонента поверхностного монтажа и площадки печатной платы точно совпадали.Таким образом, в слое покрытия поверхности контактной площадки печатной платы используется не только процесс выравнивания горячим воздухом из сплава Sn / Pb, но и большое количество процессов позолоты или процесса нанесения покрытия с предварительно нагретым флюсом для улучшения его плоскостности.

2. термостойкость, обычно процесс SMT иногда требует двух пайки оплавлением, и, таким образом, после высокой температуры по-прежнему требуется поддерживать плоскостность платы, чтобы обеспечить надежность второго патча;и контактные площадки компонентов поверхностного монтажа становятся все меньше и меньше, прочность соединения контактных площадок относительно невелика, если печатная плата, использующая термостойкость подложки, высока, то прочность контактных площадок на отслаивание также высока, общие требования к процессу SMT печатной платы может иметь 250 ℃ / 50 с термостойкости.

4 Электрические характеристики и волновое сопротивление

1. Электрические характеристики

В связи с развитием технологий беспроводной связи в высокочастотном направлении, высокочастотные характеристики печатных плат требуют улучшения, особенно при расширении систем мобильной связи, используемой частоты коротковолнового диапазона (300 М ~ 1 ГГц). в микроволновый диапазон (1 ~ 3 ГГц).

(1 ~ 3 ГГц).Увеличение частоты приводит к увеличению диэлектрической проницаемости (ε) субстрата.Обычно скорость передачи V (м/с) сигнала цепи связана с ε.Частота сигнала цепи определяется диэлектрической проницаемостью подложки:

где K — константа, C — скорость света, а ε — диэлектрическая проницаемость печатной платы.Когда ε печатной платы увеличивается, скорость передачи V сигнала схемы уменьшается.

Например, ε политетрахлорэтиленового субстрата составляет от 2,6 до 3, а ε эпоксидной подложки составляет от 4,5 до 4,9, причем первая на 35–47 % ниже, чем последняя, ​​а если первая используется для изготовления печатной платы, скорость сигнала на 40 % выше, чем у второй.

Кроме того, если анализировать с точки зрения потерь сигнала, диэлектрический материал будет потреблять энергию за счет выделения тепла под действием переменного электрического поля, что обычно выражается угловым тангенсом диэлектрических потерь (tg δ), и вообще тг δ пропорционально ε.

Если тг δ увеличивается, среда поглощает больше энергии и потери сигнала велики;эта связь более очевидна на высоких частотах, что напрямую влияет на эффективность передачи высокочастотных сигналов.

Суммируя, ε и тг δ является важным параметром для оценки электрических характеристик подложки печатной платы. Когда рабочая частота схемы превышает 1 ГГц, обычно требуется подложка. ε <3,5, тг δ <0,02.Кроме того, проводится оценка электрических характеристик подложки по индексу электрической прочности, сопротивлению изоляции, стойкости к дугогасению.

Характеристический импеданс, когда пульсирующее электричество через проводник, помимо сопротивления, а также индуктивного сопротивления (XL) и емкостного сопротивления (XC), сопротивления цепи или компонента, через который проходит переменный ток, создаваемый препятствием, называется импедансом, а в продуктах цифровой связи, таких как компьютеры, печатные схемы передаются с помощью прямоугольного сигнала, обычно также известного как импульсные сигналы, относящиеся к природе пульсирующего переменного тока, так что передача сталкивается с сопротивлением. Ранняя печатная линия печатной платы, только игра уровень печатной платы между взаимосвязью между компонентами и частями функции, но с высокоскоростными цифровыми электронными продуктами, такими как ЦП, текущие основные продукты находятся в частоте 3,0 ГГц или около того, и в ближайшие пять лет планы развития достигать 10 ГГц.

Печатная плата в качестве опоры для электронных компонентов больше не является простым устройством электрического соединения, спрос на печатную плату также удовлетворяется не только печатной платой.Сторона спроса на печатную плату также не только удовлетворяет функции проводимости печатной линии, но и должна использоваться в качестве линии передачи, что требует идеальных характеристик передачи.

На значение Z0 влияют различные факторы, например, диэлектрическая проницаемость изоляционного слоя. ε, толщина изоляционного слоя Н, ширина печатного провода W, толщина проводящего слоя Т (включая толщину позолоченного слоя), его ε, H, T и характеристики самой подложки печатной платы.При изготовлении многослойных плат в толщине изоляции точность контроля точности Z0 является наиболее важным фактором, за которым следует ширина провода.

В реальном производстве, прежде всего, за счет совершенствования процесса повышения точности толщины полуотвержденного листа для контроля толщины формовочной плиты H, использования композитного металлического слоя (Cu/Al) для контроля толщина медной фольги;улучшить рецептуру травильного раствора, а также место процесса воздействия, контролировать ширину проволоки;использование нового типа подложки для контроля печатной платы ε.

Благодаря усовершенствованию упомянутого выше процесса точность Z0 печатной платы была значительно улучшена, а также достигнуто контролируемое состояние.улучшается и достигается контролируемое состояние.