In qualità di principale materia prima del CCL (copper clad laminate), utilizzato come materiale di substrato dei PCB (printed circuit boards), sia la struttura sia le prestazioni della resina epossidica svolgono un ruolo decisivo nel determinare le prestazioni del CCL. Inoltre, il continuo sviluppo della resina epossidica porta progressivamente il CCL a compiere progressi in termini di prestazioni. Con il rapido sviluppo dell’industria dell’informazione elettronica, l’aggiornamento dei prodotti elettronici e della tecnologia di assemblaggio dei circuiti fa sì che la tecnologia di fabbricazione dei PCB si orienti verso microvia, piste fini, tracciatura ad alta densità e multistrato, ponendo quindi requisiti più elevati sulla capacità di dissipazione termica, sulla stabilità dimensionale e sulla perdita dielettrica del CCL, il che a sua volta introduce nuove esigenze in merito alle prestazioni della resina epossidica.
• Definizione, composizione e struttura del CCL
Come tipo di materiale composito laminato elettronico multifunzionale, il CCL è un tipo di materiale in forma di pannello composto da un materiale di rinforzo (tessuto di vetro, carta fibrosa, carta in fibra di vetro, ecc.) impregnato di resina (principalmente resina epossidica). Successivamente viene sottoposto a cottura per generare il preimpregnato, che verrà tagliato, laminato e rivestito di rame mediante alta temperatura, alta pressione e alto vuoto.
Il CCL svolge un ruolo di materia prima fondamentale e di punta, contribuendo ai materiali per la fabbricazione dei PCB, svolgendo quattro funzioni: conduzione, isolamento, supporto e trasmissione del segnale, e determinando le prestazioni, la qualità, il livello di fabbricazione, il costo di produzione e l’affidabilità a lungo termine dei PCB, ecc. Il continuo sviluppo dei circuiti stampati e le crescenti esigenze applicative dei prodotti elettronici finali pongono progressivamente nuovi requisiti tecnologici per il CCL, fornendo al contempo la forza trainante per lo sviluppo tecnologico e il progresso delle tecnologie di fabbricazione del CCL.
Finora, la maggior parte dei CCL utilizzati per la fabbricazione di PCB appartiene ai CCL rigidi in resina organica, inclusi substrato in carta, substrato in fibra di vetro e substrato composito. Oltre alle suddette categorie, i CCL rigidi includono anche substrato BUM (build-up multilayer), substrato metallico, substrato ceramico, substrato termoplastico, substrato con condensatore incorporato ecc. Per quanto riguarda i CCL flessibili, essi rientrano principalmente nelle seguenti categorie: CCL flessibile con film base in poliestere, CCL flessibile con film base in poliimmide, CCL flessibile con base in LCP (polimero a cristalli liquidi) ecc.
Al giorno d’oggi, numerosi tipi di CCL sono applicati nella fabbricazione di PCB e il loro spessore si mantiene nell’intervallo da 0,05 mm a 3,2 mm.Fare clic per un'introduzione dettagliata in termini di CCL.
• Slancio di sviluppo e tendenza del CCL
La tecnologia CCL si è sviluppata per quasi cento anni e il suo sviluppo non sarebbe mai stato possibile senza i progressi dell’industria dei PCB. Lo sviluppo innovativo dei prodotti di apparecchiature elettroniche, della tecnologia di fabbricazione dei semiconduttori, della tecnologia di assemblaggio elettronico e della tecnologia di fabbricazione dei PCB ha trainato lo sviluppo dei CCL. In sostanza, la forza trainante dello sviluppo dei CCL deriva dall’ingegneria e dalla tecnologia del packaging elettronico, il che significa che il rapido miglioramento in termini di leggerezza, sottigliezza, miniaturizzazione, alte prestazioni, funzioni multiple, elevata affidabilità e prestazioni dei chip IC svolge un ruolo fondamentale nel promuovere lo sviluppo ad alta velocità della tecnologia di packaging elettronico.
Lo sviluppo rapido della tecnologia di packaging elettronico richiede requisiti più elevati e rigorosi e spinge i CCL a evolversi verso la miniaturizzazione, la leggerezza, l’alta velocità, l’elevata dissipazione termica, la resistenza alle alte temperature, l’ecocompatibilità, la resistenza al CAF, la resistenza al CTI, l’elevata resistenza meccanica, l’elevato modulo, le funzioni multiple e l’alta affidabilità.
Sebbene i CCL esistano in numerosi tipi, sono principalmente a base di resina epossidica, che rappresenta oltre il 70% di tutti i CCL. Le principali categorie di CCL in fibra di vetro con resina epossidica includono G-10, G-11, FR-4 e FR-5; le principali categorie di CCL in carta con resina epossidica includono FR-1 e FR-3; le principali categorie di CCL compositi in resina epossidica includono CEM-1 e CEM-3; le principali categorie di CCL in fibra di vetro con resina epossidica ad alte prestazioni e multifunzionali includono FR-4 ad alto Tg (Tg: 175°C), FR-4 compatibile lead-free, ad alto CTI, resistente al CAT, ad alta conducibilità termica, FR-4 utilizzato per substrati HDI (high density interconnect), resina epossidica modificata con poliimmide, resina epossidica modificata BT, resina epossidica modificata PPO, CCL in fibra di vetro con resina epossidica modificata CE e preimpregnati in fibra di vetro epossidica e RCC utilizzati per PCB multistrato e PCB BUM.
In quanto uno dei principali materiali di substrato per dispositivi elettronici, la funzione chiave del CCL risiede nell’isolamento fornito alle piste e ai prodotti elettronici. Oltre ai requisiti di miglioramento delle prestazioni dovuti al costante progresso della tecnologia, la resina epossidica presenta le seguenti esigenze fondamentali: elevata purezza, bassa umidità e resistenza meccanica.
L'elevata purezza è una richiesta fondamentale così significativa che riguarda principalmente il metallo alcalino (Na) della resina epossidica+) contenuto e contenuto di cloro che sono rigorosamente richiesti. Tuttavia, la maggior parte delle resine epossidiche di grado elettronico presenti sul mercato moderno ha già prestazioni eccellenti in termini di controllo del contenuto di metalli alcalini e di cloro. Il problema principale riguarda gli ioni cloro idrolizzabili. A causa della precipitazione di ioni cloro idrolizzabili dalla resina epossidica, l’erosione dei dispositivi elettronici sarà accelerata sotto l’azione dell’acqua, il che riduce drasticamente la durata di vita dei prodotti elettronici. Di conseguenza, il contenuto complessivo di cloro nella resina epossidica è generalmente richiesto essere inferiore a 500 ppm e il contenuto di ioni cloro idrolizzabili fondamentalmente non supera i 300 ppm. Il requisito di bassa umidità per la resina epossidica è in realtà una prestazione di base compatibile con il requisito di affidabilità durante l’applicazione dei prodotti elettronici. Inoltre, le proprietà meccaniche consentono al CCL di svolgere un ruolo di supporto nei prodotti elettronici.
Per soddisfare il rapido sviluppo dell’industria dell’informazione elettronica, i prodotti elettronici e l’assemblaggio dei circuiti devono salire a un nuovo livello, il che porta la tecnologia di fabbricazione dei PCB a orientarsi verso microvia, piste fini, tracciatura ad alta densità e strati multipli e ad alta densità, e pone nuovi requisiti per i CCL in termini di resistenza termica, basso CTE, elevata stabilità dimensionale e bassa perdita dielettrica. In quanto principale materia prima dei CCL, anche la resina epossidica deve far fronte a maggiori esigenze derivanti dalle nuove tecnologie.
• Resina epossidica "verde"
Il CCL tradizionale ottiene la resistenza alla fiamma grazie alla resina epossidica bromurata nella soluzione adesiva e all’agente indurente contenente alogeni, tra cui il contenuto di bromo nella resina epossidica rappresenta dal 12% al 50%. Secondo le normative RoHS emanate dall’UE, i bifenili polibromurati e gli eteri difenilici polibromurati sono vietati nei prodotti elettronici. Inoltre, sulla base di studi pubblicati da alcuni centri di ricerca internazionali, i ritardanti di fiamma bromurati rilasciano sostanze pericolose dannose per l’uomo e per l’ambiente. Pertanto, i dispositivi elettronici hanno introdotto il requisito “halogen-free” per il CCL.
Finora, i CCL esenti da alogeni sono in grado di resistere al fuoco grazie all’applicazione di N, P e B, Al ecc. Negli ultimi anni si è assistito a un rapido sviluppo delle resine epossidiche contenenti fosforo o azoto, tra le quali le resine epossidiche contenenti fosforo presentano una tecnologia di produzione relativamente matura, basata sulla reazione tra fenantrene e resina epossidica. Negli ultimi anni, si è preso progressivamente coscienza del fatto che i composti di N e P hanno effetti negativi sull’ambiente, per cui le resine epossidiche ignifughe prive di P, N e Pb diventeranno una tecnologia di punta adottata dai produttori di CCL.
• Resina epossidica a cristalli liquidi
Con lo sviluppo continuo dei PCB ad alta densità e multistrato, lo spazio sulla scheda per il montaggio dei componenti si riduce drasticamente. Le apparecchiature elettroniche richiedono potenze sempre maggiori ai componenti e un’elevata potenza porta all’accumulo di calore, con conseguente calo delle prestazioni elettriche dei componenti o persino alla loro distruzione. Inoltre, alcune schede di base richiedono che i CCL siano in grado di funzionare ad alta temperatura per lunghi periodi, come nel caso delle schede base per LED, dei nuovi moduli di potenza, dell’elettronica automobilistica e delle schede base per il packaging di circuiti integrati ad alta densità. Pertanto, un’elevata conducibilità termica è estremamente importante per quanto riguarda i CCL.
Il CCL ottiene un’elevata conducibilità termica principalmente in due modi. Il primo consiste nell’aggiungere al componente resinoso un riempitivo inorganico con conducibilità termica, ottenendo così la conducibilità termica attraverso il canale di conduzione del calore formato dal fitto impaccamento del riempitivo nella resina. L’altro modo è sfruttare una resina ad alta conducibilità termica per ottenere la sua conducibilità tramite portatori termici, poiché la completa cristallizzazione della resina porta a vibrazioni reticolari. Quando il primo metodo viene utilizzato da solo e il volume del riempitivo supera la frazione volumetrica critica, sebbene il CCL presenti un’elevata conducibilità termica, le altre prestazioni diminuiranno in modo evidente. Pertanto, l’introduzione di una resina con conducibilità termica sarà vantaggiosa per il raggiungimento della conducibilità termica.
Poiché la resina epossidica a cristalli liquidi presenta una rete polimerica, rispetto alla resina epossidica ordinaria essa possiede una conducibilità termica relativamente più elevata.
• Resina epossidica resistente ai raggi UV
Alla fine degli anni '90 si è assistito all'applicazione della maschera di saldatura fotosensibile inProcesso di fabbricazione dei PCBper la protezione dell’immagine della solder mask e l’applicazione di luce UV per l’esposizione e la polimerizzazione. Quando si utilizza un CCL privo di funzioni resistenti ai raggi UV, la luce UV attraverserà il pannello base. Poiché la solder mask fotosensibile è applicata su ciascun lato, verrà generato un effetto fantasma fotosensibile, riducendo gravemente la qualità della grafica della solder mask. Pertanto, per i pannelli base che utilizzano la luce UV per la polimerizzazione della solder mask, è necessario che siano in grado di bloccare la luce UV.
• Resina epossidica ad alto Tg
L’alta macromolecola presenta uno stato vetroso quando la sua temperatura è inferiore alla temperatura di transizione vetrosa, con elevata resistenza meccanica, quindi l’aumento della temperatura Tg può incrementare la temperatura di utilizzo dei prodotti. Finora, per i materiali FR-4 comuni, la Tg rientra nell’intervallo compreso tra 130°C e 140°C e vi sono alcune tipologie che superano questa fascia di temperatura. Di conseguenza, la ricerca sulla resina epossidica ad alta Tg è estremamente importante per lo sviluppo dei CCL.
• Resina epossidica ad alto CTI
CTI, abbreviazione di comparative tracking index, è un indice che indica che la superficie del materiale isolante diventa percorsa da cammini conduttivi carbonizzati quando è presente una differenza di potenziale. Più alto è il CTI, maggiore è l’isolamento. Il CTI del comune materiale di substrato FR-4 è di circa 200 V, mentre per il materiale di substrato ad alto CTI è generalmente richiesto un valore superiore a 600 V. Il materiale di substrato ad alto CTI può essere ottenuto selezionando resine epossidiche speciali, materiali ad alta resistenza al tracciamento per dispersione e fibra di vetro.
• Resina epossidica a basso Dk
Per soddisfare il rapido sviluppo della tecnologia elettronica, l’aumento della velocità di elaborazione e trasmissione delle informazioni e l’espansione dei canali di comunicazione, il materiale del substrato deve presentare una costante dielettrica bassa e un basso fattore di perdita dielettrica o Dk. La resina epossidica ad alto Dk attualmente utilizzata è inferiore alla resina epossidica a basso Dk in termini di costo del materiale, tecnologia di fabbricazione e tecnologia di produzione dei PCB, quindi molti produttori stanno contribuendo alla ricerca sulle resine epossidiche a basso Dk. La costante dielettrica della resina epossidica è correlata alla sua polarità. Più bassa è la polarità, più bassa sarà la costante dielettrica.
La tecnologia di assemblaggio elettronico, lo sviluppo dell’HDI e il miglioramento del rapporto costo-prestazioni spingono i CCL a evolversi verso alta velocità, alta frequenza, elevata integrazione, elevata affidabilità, alta densità, basse perdite e bassi costi, e richiedono prestazioni sempre più elevate delle resine epossidiche.
Sulla base dei CCL tradizionali che richiedono alla resina epossidica un’elevata purezza, un basso assorbimento di umidità e una bassa sollecitazione meccanica, il rapido sviluppo dei CCL spinge la resina epossidica verso requisiti più elevati, quali alta resistenza termica, basso assorbimento di umidità, bassa costante dielettrica e tutela ambientale; la producibilità e il rapporto costo-prestazioni della resina epossidica sono inoltre compatibili con i requisiti di produzione dei CCL.
La resina epossidica è un materiale fondamentale nei CCL per PCB, in quanto offre la migliore resistenza, stabilità termica e caratteristiche dielettriche. Con l’evoluzione dell’elettronica, le nuove esigenze di prestazioni e affidabilità migliorate vengono soddisfatte da resine epossidiche avanzate, garantendo CCL ad alte prestazioni per le necessità moderne.
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