Telah diketahui secara meluas bahawa sifat asas PCB (Papan Litar Bercetak) bergantung pada prestasi bahan substratnya. Oleh itu, untuk meningkatkan prestasi papan litar anda, anda perlu mengoptimumkan prestasi bahan substrat terlebih dahulu. Sehingga kini, pelbagai jenis bahan baharu sedang dibangunkan dan digunakan bagi memenuhi keperluan yang serasi dengan teknologi baharu dan trend pasaran.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pasaran papan litar bercetak telah menyaksikan satu transformasi dengan tumpuannya beralih daripada produk perkakasan tradisional seperti PC desktop kepada komunikasi tanpa wayar seperti pelayan dan terminal mudah alih. Peranti komunikasi mudah alih yang diwakili olehtelefon pintar mendorong kemajuan PCB ke arah ketumpatan tinggi, ringan dan pelbagai fungsiTeknologi litar bercetak tidak akan dapat dicapai tanpa bahan substrat yang keperluan teknologinya berkait rapat dengan prestasi PCB. Oleh itu, pemilihan bahan substrat memainkan peranan penting dalam menyumbang kepada kualiti dan kebolehpercayaan PCB serta produk akhir yang akan disokongnya.
•Keperluan pada kerajang tembaga
Semua papan PCB sedang berkembang ke arah ketumpatan yang lebih tinggi dan garisan yang lebih halus, terutamanya PCB HDI (High Density Interconnect PCB). Satu dekad yang lalu, PCB HDI ditakrifkan sebagai PCB yang lebar garisan (L) dan jarak garisan (S) ialah 0.1mm atau kurang oleh IPC. Pada masa kini, bagaimanapun, nilai piawai L dan S dalam industri elektronik semasa boleh sekecil 60μm dan dalam keadaan yang lebih maju nilainya boleh mencapai serendah 40μm.
Kaedah tradisional pembentukan corak litar terletak pada proses pengimejan dan etsa, hasilnya nilai terendah L dan S mencapai 30μm dengan penggunaan substrat kerajang kuprum nipis (ketebalan dalam julat dari 9μm hingga 12μm).
Oleh kerana CCL (laminat berlapis tembaga) kerajang tembaga nipis mempunyai kos yang tinggi dan proses penumpukan yang mudah menghasilkan banyak kecacatan, ramai pengeluar PCB cenderung menggunakan kaedah etsa tolak kerajang tembaga dengan ketebalan kerajang tembaga ditetapkan pada 18μm. Kaedah ini sebenarnya tidak digalakkan kerana ia melibatkan terlalu banyak prosedur, ketebalan sukar dikawal dan membawa kepada kos yang lebih tinggi. Oleh itu, kerajang tembaga nipis adalah lebih baik. Selain itu, kerajang tembaga standard tidak berfungsi apabila nilai L dan S papan adalah kurang daripada 20μm. Akhir sekali, kerajang tembaga ultra nipis disarankan kerana ketebalan tembaganya dikawal dalam julat antara 3μm hingga 5μm.
Selain daripada ketebalan kerajang kuprum, litar halus semasa juga menetapkan keperluan terhadap permukaan kerajang kuprum yang berkerintangan rendah. Untuk meningkatkan keupayaan ikatan antara kerajang kuprum dan bahan substrat serta memastikan kekuatan pengelupasan konduktor, rawatan pengasaran dilaksanakan pada permukaan kerajang kuprum dan kekasaran biasa kerajang kuprum adalah lebih daripada 5μm.
Memasukkan bonggol pada kerajang tembaga ke dalam bahan substrat bertujuan untuk meningkatkan kekuatan pengelupasannya. Namun, bagi mengawal ketepatan jejakan agar tidak mengalami terlebih hakisan semasa proses etsa litar, pencemaran bonggol cenderung berlaku sehingga boleh menyebabkan litar pintas antara garisan atau pengurangan keupayaan penebatan, yang khususnya menjejaskan litar halus. Oleh itu, kerajang tembaga dengan kekasaran rendah (kurang daripada 3 μm atau malah 1.5 μm) diperlukan.
Walaupun kekasaran kerajang kuprum dikurangkan, kekuatan kupasan konduktor masih perlu dikekalkan, yang mendorong penggunaan kemasan permukaan khas pada permukaan kerajang kuprum dan bahan substrat yang akan membantu memastikan kekuatan kupasan konduktor.
•Keperluan bagi laminat dielektrik penebat
Salah satu sifat teknologi utama PCB HDI terletak pada Proses Binaan Berlapis (Building Up Process). RCC (Resin Coated Copper) yang lazim digunakan atau prepreg kain kaca epoksi dan laminasi foil kuprum jarang gagal menghasilkan litar halus. Kini SAP dan MSPA cenderung digunakan, yang bermaksud penggunaan laminasi filem dielektrik penebat dengan penyaduran kuprum kimia untuk menghasilkan satah pengalir kuprum. Litar halus dapat dihasilkan disebabkan oleh satah kuprum yang nipis.
Salah satu perkara utama SAP terletak pada bahan dielektrik laminasi. Untuk memenuhi keperluan litar halus berketumpatan tinggi, beberapa keperluan terhadap bahan laminasi perlu dipenuhi termasuk prestasi dielektrik, penebatan, keupayaan tahan haba dan pengikatan, disertai dengan penyesuaian teknologi yang serasi dengan PCB HDI.
Dalam kalangan pakej semikonduktor global, substrat pakej IC telah ditukar daripada substrat seramik kepada substrat organik. Padang (pitch) substrat pakej FC menjadi semakin kecil sehingga nilai tipikal L dan S pada masa ini ialah 15μm dan ia akan menjadi lebih kecil.
Prestasi substrat berbilang lapisan harus menekankan sifat dielektrik yang rendah, pekali pengembangan terma (CTE) yang rendah dan rintangan haba yang tinggi, yang merujuk kepada substrat yang memenuhi objektif prestasi pada kos yang rendah. Pada masa kini, teknologi MSPA bagi laminasi dielektrik penebat yang digabungkan dengan kerajang kuprum nipis digunakan dalam pengeluaran besar-besaran litar halus. SAP digunakan untuk menghasilkan corak litar yang nilai L dan S masing-masing adalah kurang daripada 10μm.
Ketumpatan tinggi dan ketipisan PCB membawa kepada penukaran PCB HDI daripada laminasi dengan teras kepada sebarang lapisan tanpa teras. Bagi PCB HDI dengan fungsi yang sama, keluasan dan ketebalan bagi PCB yang mempunyai perhubungan pada sebarang lapisan berkurang sebanyak 25% berbanding yang menggunakan laminasi teras. Lapisan dielektrik yang lebih nipis dengan prestasi elektrik yang lebih baik perlu digunakan dalam kedua-dua jenis PCB HDI ini.
Keperluan yang Terbit daripada Frekuensi Tinggi dan Kelajuan Tinggi
Teknologi komunikasi elektronik telah berkembang daripada berwayar kepada tanpa wayar, daripada frekuensi rendah dan kelajuan rendah kepada frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi. Prestasi telefon pintar telah berkembang daripada 4G kepada 5G dengan keperluan yang tinggi untuk kelajuan penghantaran yang lebih pantas dan jumlah penghantaran yang lebih besar.
Kedatangan era pengiraan awan global membawa kepada peningkatan berlipat ganda trafik data dengan trend yang jelas ke arah frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi bagi peranti komunikasi. Untuk memenuhi keperluan penghantaran berfrekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi, bahan berprestasi tinggi merupakan elemen paling penting di samping pengurangan gangguan dan penggunaan isyarat, keutuhan isyarat serta pembuatan yang serasi dengan keperluan reka bentuk dari segi reka bentuk PCB.
Tugas utama jurutera tertumpu pada sifat kehilangan isyarat elektrik untuk meningkatkan kelajuan PCB dan menangani isu integriti isyarat. Berdasarkan perkhidmatan pembuatan PCBCart yang telah melebihi dua puluh tahun, sebagai faktor utama yang mempengaruhi pemilihan bahan substrat, apabila pemalar dielektrik (Dk) lebih rendah daripada 4 dan kehilangan dielektrik (Df) lebih rendah daripada 0.010, ia dianggap sebagai papan laminat Dk/Df sederhana dan apabila Dk lebih rendah daripada 3.7 dan Df di bawah 0.005, ia dianggap sebagai papan laminat Dk/Df rendah. Pada masa ini, pelbagai jenis bahan substrat boleh didapati di pasaran.
Sehingga kini, bahan substrat papan litar frekuensi tinggi yang biasa digunakan terutamanya terbahagi kepada tiga jenis: resin siri fluorina, resin PPO atau PPE dan resin epoksi terubah suai. Substrat dielektrik siri fluorina, contohnya PTFE, yang mempunyai prestasi dielektrik paling rendah, biasanya digunakan untuk produk dengan frekuensi 5GHz atau lebih. Manakala substrat epoksi terubah suai FR-4 atau PPO digunakan untuk produk dengan frekuensi dalam julat 1GHz hingga 10GHz.
Dengan membandingkan tiga jenis bahan substrat frekuensi tinggi, resin epoksi mempunyai harga paling rendah manakala resin siri fluor mempunyai harga paling tinggi. Dari segi pemalar dielektrik, kehilangan dielektrik, penyerapan air dan ciri frekuensi, resin siri fluor menunjukkan prestasi terbaik manakala resin epoksi lebih lemah. Apabila frekuensi yang digunakan oleh produk melebihi 10GHz, hanya resin siri fluor yang berfungsi. Kelemahan PTFE termasuk kos yang tinggi, kekakuan yang rendah dan pekali pengembangan terma yang tinggi.
Untuk PTFE, bahan bukan organik berskala besar (seperti silikon dioksida) boleh digunakan sebagai bahan pengisi atau kain kaca untuk menguatkan kekakuan bahan substrat dan mengurangkan pekali pengembangan terma. Selain itu, kerana molekul polyflon sukar digabungkan dengan kerajang tembaga akibat sifat lengai molekul polyflon, adalah perlu untuk melaksanakan kemasan permukaan khas yang serasi dengan kerajang tembaga. Kaedah rawatan ini sama ada melalui etsa kimia pada permukaan polyflon bagi meningkatkan kekasaran permukaan atau menambah filem pengikat bagi meningkatkan keupayaan lekatan. Dengan penggunaan kaedah ini, prestasi dielektrik mungkin akan terjejas dan pembangunan lanjut perlu dijalankan ke atas keseluruhan siri litar frekuensi tinggi berasaskan fluorina.
Resin penebat unik yang terdiri daripada resin epoksi terubah suai atau PPE dan TMA, MDI dan BMI, digabungkan dengan kain gentian kaca digunakan dengan lebih meluas. Sama seperti CCL FR-4, ia juga mempunyai rintangan haba dan sifat dielektrik yang sangat baik, kekuatan mekanikal, serta kebolehbuatan PCB, yang semuanya menjadikannya lebih popular berbanding papan substrat jenis PTFE.
Selain keperluan terhadap prestasi bahan penebat seperti resin yang disebutkan di atas, kekasaran permukaan kuprum sebagai konduktor juga merupakan unsur penting yang mempengaruhi kehilangan penghantaran isyarat, yang merupakan hasil daripada Kesan Kulit. Secara ringkasnya, Kesan Kulit ialah keadaan di mana aruhan elektromagnet yang terhasil pada pengalir dalam penghantaran isyarat frekuensi tinggi menyebabkan induktans menjadi sangat tertumpu di bahagian tengah keratan rentas pengalir, lalu memaksa arus atau isyarat tertumpu pada permukaan pengalir. Kekasaran permukaan konduktor memainkan peranan penting dalam mempengaruhi kehilangan isyarat penghantaran dan kekasaran yang rendah membawa kepada kehilangan yang sedikit.
Pada frekuensi yang sama, kekasaran permukaan tembaga yang tinggi menyebabkan kehilangan isyarat yang tinggi. Oleh itu, kekasaran permukaan tembaga perlu dikawal dalam pembuatan praktikal dan ia hendaklah serendah mungkin dalam keadaan di mana lekatan tidak terjejas. Perhatian yang besar mesti diberikan kepada isyarat dalam kategori 10GHz atau lebih. Kekasaran kerajang tembaga dikehendaki kurang daripada 1μm dan adalah lebih baik untuk menggunakan kerajang tembaga ultra-permukaan dengan kekasaran 0.04μm. Kekasaran permukaan kerajang tembaga perlu dipadankan dengan rawatan pengoksidaan yang sesuai dan sistem resin pelekat. Dalam masa terdekat, mungkin akan ada sejenis kerajang tembaga yang tidak mempunyai garis luar bersalut resin dan ia menampilkan kekuatan kupasan yang lebih tinggi dengan kehilangan dielektrik dihalang daripada dipengaruhi.
Dengan perkembangan ke arah peminiaturan dan fungsi tinggi, peranti elektronik cenderung menjana jumlah haba yang lebih besar sehingga pengurusan terma peranti elektronik memerlukan keperluan yang semakin tinggi. Salah satu penyelesaian bagi isu ini terletak pada penyelidikan dan pembangunan PCB pengalir haba. Syarat utama bagi PCB untuk berprestasi baik dalam rintangan dan pelesapan haba ialah keupayaan rintangan dan pelesapan haba substrat. Peningkatan semasa dari segi keupayaan pengaliran haba PCB terletak pada penambahbaikan melalui penambahan resin dan bahan pengisi tetapi ia hanya berkesan dalam kategori yang terhad. Kaedah tipikal ialah menggunakan IMS atau PCB teras logam yang berperanan sebagai komponen pemanas. Berbanding dengan radiator dan kipas tradisional, kaedah ini membawa kelebihan seperti saiz yang kecil dan kos yang rendah.
Aluminium ialah bahan yang sangat menarik dengan kelebihan sumber yang banyak, kos yang rendah serta sifat pengaliran haba dan kekuatan yang sangat baikSelain itu, ia begitu mesra alam sehingga digunakan oleh kebanyakan substrat logam atau teras logam. Disebabkan oleh kelebihan termasuk penjimatan kos, sambungan elektrik yang boleh dipercayai, kekonduksian haba dan keamatan yang tinggi, bebas pateri dan bebas plumbum, papan litar berasaskan aluminium telah digunakan dalam barangan pengguna, automobil, barangan ketenteraan dan produk aeroangkasa. Tidak diragui lagi sifat rintangan haba dan pelesapan haba papan berasaskan logam, dan perkara utama terletak pada prestasi lekatan antara papan logam dan satah litar.
Dalam era elektronik moden, pengecilan dan penipisan peranti elektronik membawa kepada kemunculan perlu PCB tegar dan PCB fleksibel/tegar. Jadi, jenis bahan substrat apakah yang sesuai untuknya?
Bidang aplikasi yang semakin meluas bagi PCB tegar dan PCB fleksibel/tegar membawa keperluan baharu dari segi kuantiti dan prestasi. Filem poliimid, sebagai contoh, boleh diklasifikasikan kepada pelbagai kategori termasuk lutsinar, putih, hitam dan kuning dengan rintangan haba yang tinggi dan pekali pengembangan terma yang rendah supaya dapat digunakan dalam situasi yang berbeza. Begitu juga, substrat mylar dengan keberkesanan kos yang tinggi akan diterima oleh pasaran juga disebabkan oleh kelebihannya termasuk keanjalan tinggi, kestabilan saiz, kualiti permukaan filem, gandingan fotoelektrik dan rintangan persekitaran bagi memenuhi keperluan pengguna yang berubah-ubah.
Serupa dengan PCB HDI tegar, PCB fleksibel perlu menyesuaikan diri dengan keperluan penghantaran isyarat berkelajuan tinggi dan berfrekuensi tinggi; pemalar dielektrik dan kehilangan dielektrik bahan substrat fleksibel juga perlu diberi tumpuan. Litar fleksibel boleh terdiri daripada politetrafluoroetilena dan substrat poliimid termaju. Habuk bukan organik dan gentian karbon boleh ditambah ke dalam resin poliimid untuk menghasilkan substrat pengalir haba fleksibel tiga lapis. Bahan pengisi bukan organik boleh berupa nitrida aluminium, oksida aluminium atau nitrida boron heksagon. Jenis bahan substrat ini mempunyai ciri kekonduksian haba 1.51W/mK dan mampu menahan voltan 2.5kV serta kelengkungan 180 darjah.
PCB fleksibel digunakan terutamanya dalam telefon pintar pintar, peranti boleh pakai, peralatan perubatan dan robotik, yang menimbulkan keperluan baharu terhadap struktur PCB fleksibel. Sehingga kini, beberapa produk baharu yang mengandungi PCB fleksibel telah dibangunkan seperti PCB fleksibel berbilang lapisan ultra nipis yang ketebalannya telah dikurangkan kepada 0.2mm daripada 0.4mm. PCB fleksibel penghantaran berkelajuan tinggi boleh mencapai kelajuan penghantaran 5Gbps dengan penggunaan bahan substrat poliamida dengan Dk dan Df yang rendah. PCB fleksibel dengan kuasa besar menggunakan konduktor yang ketebalannya melebihi 100μm bagi memenuhi keperluan litar dengan kuasa tinggi dan arus besar. Semua PCB fleksibel khas ini secara semula jadi memerlukan bahan substrat yang tidak konvensional.
Artikel ini membincangkan garis panduan tentang pemilihan bahan substrat untuk papan litar bercetak anda dari perspektif saintifik dan profesional. Bagi anda yang kurang jelas tentang istilah berkaitan sifat bahan substrat, seperti pemalar dielektrik (Dk), faktor kehilangan (Df), kekasaran permukaan, suhu penguraian terma, CTE dan sebagainya, di sini disediakan satu cara yang menjimatkan kos untuk menentukan bahan substrat yang sesuai.
Sebagai salah satu pembekal global terkemuka bagi perkhidmatan fabrikasi papan kosong, pemasangan PCB dan sumber komponen, PCBCart mengkhusus dalam menyesuaikan penyelesaian PCB optimum untuk pelanggan berdasarkan kebolehpercayaan dan pertimbangan kos. Untuk mencapai pemilihan bahan substrat yang dipersetujui dan pengeluaran PCB yang sesuai, jurutera kami mengambil kira semua faktor termasuk fungsi dan persekitaran aplikasi PCB, serta bajet projek anda dan keperluan prestasi produk. Sehingga kini, kami telah menyelesaikan ratusan ribu projek PCB pada PCB FR4, PCB Rogers, PCB Fleksibel/Fleksibel-Kaku, PCB Teras Logam dan lain-lain dengan kadar kepuasan pengguna 99%.Anda boleh yakin bahawa PCBCart memilih bahan substrat PCB yang paling sesuai untuk projek anda, dan menghasilkan papan litar anda dengan prestasi terbaik yang sepatutnya!
Ingin tahu berapa kos pengeluaran PCB anda? Klik butang di bawah untuk mendapatkan sebut harga dalam talian bagi PCB dengan substrat FR4. Jika anda memerlukan PCB dengan bahan substrat khas, seperti PCB Fleksibel, PCB Rogers, PCB berasaskan aluminium dan lain-lain, silahantar permintaan sebut harga di siniuntuk sebut harga manual.
Dapatkan Sebut Harga Segera untuk Fabrikasi PCB FR4 Anda
Sumber yang Berguna
•Perkhidmatan Fabrikasi PCB Ciri Penuh Meliputi Hampir Semua Jenis PCB
•Perkhidmatan Pemasangan PCB Lanjutan dengan Pelbagai Pilihan Nilai Tambah
•Komposisi Bahan PCB dan Pengenalan
•Pengenalan Komprehensif tentang Lamina Bersalut Tembaga
