Parámetros de calidad del sustrato de PCB

Como la PCB es un soporte estructural para componentes electrónicos, las propiedades eléctricas, resistentes al calor y otras tienen requisitos estrictos, las empresas de electrónica a gran escala establecieron centros de pruebas para pruebas integrales de su rendimiento, ahora los principales parámetros y cambios en estos parámetros en el

El rendimiento de PCB se presenta a continuación.

1 temperatura de transición vítrea (Tg)

Además de los sustratos cerámicos, casi todos los laminados contienen polímeros.El polímero se sintetiza a partir de materiales orgánicos, que se caracterizan por ciertas condiciones de temperatura, la forma del sustrato cambiará, a esta temperatura el sustrato es duro y quebradizo, es decir, similar a la forma del vidrio, generalmente denominado vítreo;Si la temperatura es superior, el material se volverá blando, similar al caucho, también conocido como estado de caucho o estado de cuero, en este momento su resistencia mecánica es significativamente menor y, por lo tanto, la decisión es la temperatura crítica del rendimiento del material. se conoce como temperatura de transición vítrea (Tg).Por lo tanto, la temperatura crítica para determinar el desempeño del material se denomina temperatura de transición vítrea (GlassTranstion Temperture, denominada Tg).Obviamente, como material estructural, la gente espera que su temperatura de transición vítrea sea lo más alta posible, la temperatura de transición vítrea es exclusiva del desempeño de los polímeros, es un parámetro clave en la elección del sustrato, esto se debe a que en la soldadura SMT proceso, la temperatura de soldadura suele estar en los 220 ℃ aproximadamente, mucho más alta que la Tg del sustrato de la PCB, por lo que la PCB debido a la alta temperatura sufrirá una deformación térmica significativa, mientras que los componentes del chip se sueldan directamente a la superficie de la PCB, cuando se reduce la temperatura de soldadura, las uniones de soldadura generalmente se enfrían a 180 ℃ en la primera solidificación, y en este momento la temperatura de la PCB aún es más alta que la Tg, la PCB todavía está en un estado de deformación térmica, después de un período de tiempo para enfriarse por completo, en este momento, la PCB inevitablemente producirá Hay mucha tensión térmica, la tensión en los pasadores de los componentes se ha soldado y, cuando la gravedad de los componentes hará que el componente se dañe, como se muestra en la figura.

Daño por tensión térmica de PCB a los componentes

A través de las pruebas, se puede ver que cuando el sustrato del circuito está en la temperatura de transición vítrea del polímero del sustrato por encima de la temperatura, su expansión será mayor que en la temperatura Tg por debajo del mismo aumento de temperatura en la cantidad de expansión, en la temperatura de transición vítrea. por debajo de la cantidad de expansión térmica del material del sustrato y la relación lineal aproximada de la temperatura, es decir, el CTE del material del sustrato es aproximadamente constante, y una vez que la temperatura excede la temperatura de transición vítrea del material, la cantidad de expansión térmica del material del sustrato será con la Temperatura en una relación exponencial, es decir, con el aumento de la temperatura, el CTE aumenta exponencialmente.

Por lo tanto, en la selección de los materiales del sustrato del circuito, la temperatura de transición vítrea Tg no sólo debe ser mayor que la temperatura de funcionamiento del circuito, sino también lo más cercana posible a la temperatura más alta que se produce en el proceso.

La PCB con alta Tg tiene las siguientes ventajas: proceso de perforación, propicio para perforar microagujeros, la perforación de la placa con baja Tg se producirá debido a la perforación a alta velocidad para producir una gran cantidad de energía térmica y hará que la placa en la resina se ablande para que el procesamiento dificultades.La PCB Tg alta en un entorno de temperatura más alta todavía tiene un CTE relativamente pequeño, y el CTE de los componentes del chip está cerca del CTE, por lo que puede garantizar que el producto funcione de manera confiable.Especialmente con la introducción de FQFP, BGA, CSP y otros dispositivos multipin, los requisitos de PCB son cada vez más altos.Después de soldar los componentes a alta temperatura, la deformación térmica de la PCB producirá un alto estrés térmico en los componentes; por lo tanto, al elegir un sustrato de PCB para productos electrónicos, se debe elegir adecuadamente el sustrato con mayor Tg.

2 Coeficiente de expansión térmica (CTE)

Cualquier material se expandirá cuando se caliente, y el coeficiente de expansión térmica (CTE) se refiere a la cantidad de cambio lineal en el tamaño del material provocado por cada unidad de cambio de temperatura.

El CTE de los materiales poliméricos suele ser más alto que el de los materiales inorgánicos, y cuando la tensión de expansión excede el límite de tolerancia del material, causará daños al material.Para una PCB multicapa, existe una diferencia entre el CTE en las direcciones X e Y (es decir, direcciones de largo y ancho) y el CTE en la dirección Z (espesor).Por lo tanto, cuando se calienta el tablero multicapa, los orificios de metalización en la dirección Z se dañarán debido a la diferencia en la tensión de expansión y, en casos severos, los orificios de metalización se fracturarán.Debido a que el tablero multicapa está hecho de varias 'láminas de resina semicurada' de una sola capa prensadas en caliente, la lámina de resina semicurada está hecha de tela de fibra de vidrio impregnada con resina epoxi, calentada y horneada para hacer una tela de fibra de vidrio epoxi en una forma semi-curada. estado curado, y luego la hoja semicurada apilada capa por capa, como la necesidad de hacer la capa interna del circuito, pero también de acuerdo con los requisitos del circuito interno se debe colocar sobre la lámina de cobre, y finalmente será apilamos varias capas de lámina semicurada.Capas apiladas de láminas semicuradas que se moldean por prensado en caliente, se enfrían y luego se perforan y enchapan en el lugar deseado, y finalmente generan orificios enchapados, también conocidos como orificios metalizados.

Se realizan orificios metalizados, pero también para lograr la interconexión entre capa y capa de PCB.Como la pared del orificio después de perforar el sustrato es casi resina epoxi, no será muy alta con la combinación de una capa recubierta de cobre.La pared del orificio de metalización general es de solo aproximadamente 25 μm de espesor, y la densificación de la capa de cobre es baja, la estructura del tablero multicapa inicial en la metalización del orificio deja una cierta cantidad de problemas ocultos, es decir, lámina semicurada en la tela de fibra de vidrio debido a la mejora, así como a las limitaciones del cableado de cobre multicapa, generalmente CTE se reducen significativamente a tableros semicurados con epoxi, por ejemplo, cada capa de CTE para (13 ~ 15) × 10-6 / ℃.Y el tablero multicapa capa a capa depende principalmente de la fuerza de unión de la resina epoxi para lograr la unión, por lo que la resina epoxi, en ausencia de otras mejoras y limitaciones del material, su CTE será significativamente mayor después del calor, generalmente (50 ~ 100). × 10-6 / ℃.La capa de lámina semicurada está en la dirección XY, mientras que las láminas semicuradas están en la dirección Z entre ellas, por lo que hay una diferencia significativa entre el CTE en la dirección XY y la dirección Z.Luego, debido a que la pared del orificio metalizado es delgada y la estructura de la capa de revestimiento de cobre no es demasiado densa, cuando se calienta la PCB, la tensión térmica en la dirección Z actúa sobre la pared del orificio metalizado, y después de aplicar tensión en su parte frágil, provocará una fractura o fractura parcial de la pared del agujero.

Estos defectos no se pueden predecir de antemano y, a veces, se producen defectos ocultos después de que el producto electrónico ha estado en uso durante algún tiempo debido a diversas razones, como la fatiga, como se muestra en la figura.

En los productos SMT, la densidad del cableado de PCB aumenta, el número de orificios de metalización aumenta y el diámetro de los orificios se reduce, y también aumenta el número de capas en placas multicapa.Para superar o eliminar los problemas ocultos anteriores, generalmente se toman las siguientes medidas:

(1) Proceso de grabado cóncavo para mejorar la fuerza de unión entre la pared del orificio metalizado y el tablero multicapa;

(2) Control apropiado del número de capas de la placa multicapa, actualmente se recomienda el uso de 8 a 10 capas, de modo que la relación diámetro-profundidad de los orificios metálicos en el control sea de 1:3 aproximadamente, que es la más relación diámetro-profundidad segura, la relación diámetro-profundidad más común es aproximadamente 1:6;

(3) el uso de materiales CTE relativamente pequeños o el uso de rendimiento CTE del material apilado uno encima del otro, de modo que se reduzca el CTE general de la PCB;(4) en el proceso de fabricación de PCB, el uso de orificios ciegos y orificios enterrados en la tecnología, como se muestra en la Figura 8-6, para lograr el propósito de reducir la relación diámetro-profundidad, que es el enfoque más deseable.Las vías ciegas son interconexiones entre la capa superficial y determinadas delaminaciones internas, sin necesidad de atravesar todo el sustrato, reduciendo la profundidad del agujero;Los agujeros enterrados son sólo interconexiones entre delaminaciones internas, lo que puede reducir aún más la profundidad del agujero.Aunque la producción de agujeros ciegos y agujeros enterrados es difícil, ha mejorado enormemente la confiabilidad de la PCB, a través de la prueba de la placa de luz de PCB se puede juzgar si la red de línea está conectada.

Después de tomar las medidas anteriores, evite eficazmente que el producto en uso se produzca el fenómeno de rotura del orificio de metalización.

3 planitud y resistencia al calor

1. Planitud Debido a las características del proceso de SMT, la PCB actual requiere un alto grado de planitud, de modo que los pines de los componentes de montaje en superficie y las almohadillas de la PCB coincidan estrechamente.Por lo tanto, la capa de recubrimiento de la superficie de la almohadilla de PCB no solo utiliza un proceso de nivelación de aire caliente de aleación de Sn/Pb, sino también una gran cantidad de procesos de chapado en oro o procesos de recubrimiento fundente precalentados para mejorar su planitud.

2. La resistencia al calor generalmente es requerida por el proceso SMT mediante dos soldaduras por reflujo y, por lo tanto, después de una temperatura alta, aún se requiere mantener la planitud de la placa para garantizar la confiabilidad del segundo parche;y las almohadillas de los componentes de montaje en superficie son cada vez más pequeñas, la fuerza de unión de las almohadillas es relativamente pequeña, si la PCB que utiliza la resistencia al calor del sustrato es alta, entonces la resistencia al pelado de las almohadillas también es alta, los requisitos generales para el proceso SMT del PCB puede tener un 250 ℃ / 50 s de resistencia al calor.

4 Rendimiento eléctrico e impedancia característica

1. Rendimiento eléctrico

Debido al desarrollo de la tecnología de comunicación inalámbrica en dirección de alta frecuencia, las características de alta frecuencia de la PCB deben mejorar, especialmente la expansión de los sistemas de comunicación móvil, la frecuencia utilizada por la banda de onda corta (300 M ~ 1 GHz) en la banda de microondas (1 ~ 3 GHz).

(1 ~ 3 GHz).El aumento de la frecuencia conduce a un aumento de la constante dieléctrica (ε) del sustrato.Generalmente, la velocidad de transmisión V (m/s) de una señal de circuito está relacionada con ε.La frecuencia de la señal de un circuito está determinada por la constante dieléctrica del sustrato:

donde K es una constante, C es la velocidad de la luz y ε es la constante dieléctrica de la PCB.Cuando ε de la PCB aumenta, la velocidad de transmisión V de la señal del circuito disminuye.

Por ejemplo, el ε del sustrato de politetracloroetileno es de 2,6 a 3, y la ε del sustrato epoxi es de 4,5 a 4,9, y el primero es de 35% a 47% más bajo que el segundo, y si el primero se usa para fabricar la PCB, la velocidad de la señal es un 40% más rápida que la del segundo.

Además, si se analiza desde la perspectiva de la pérdida de señal, el material dieléctrico consumirá energía debido a la generación de calor bajo la acción de un campo eléctrico alterno, que generalmente se expresa mediante la tangente angular de pérdida dieléctrica (tg δ), y en general tg δ es proporcional a ε.

si tg δ aumenta, el medio absorbe más energía y la pérdida de señal es grande;esta relación es más obvia a altas frecuencias, lo que afecta directamente la eficiencia de las señales de transmisión de alta frecuencia.

En breve, ε y tg δ es un parámetro importante para evaluar el rendimiento eléctrico del sustrato de PCB, cuando la frecuencia de funcionamiento del circuito es superior a 1 GHz generalmente requiere sustrato ε <3,5, mg δ <0,02.Además, la evaluación del rendimiento eléctrico del sustrato índice de resistencia eléctrica, resistencia de aislamiento y resistencia al arco eléctrico.

Impedancia característica cuando la electricidad pulsante a través del conductor, además de la resistencia, pero también por la resistencia inductiva (XL) y la resistencia capacitiva (XC), el circuito o componente a través del cual la corriente CA producida por la obstrucción se llama impedancia, y en los productos de comunicación digital, como las computadoras, los circuitos impresos se transmiten mediante una señal de onda cuadrada, generalmente también conocida como señales de pulso, que pertenecen a la naturaleza de la corriente alterna pulsante, de modo que la transmisión encontró resistencia. La primera línea impresa de PCB, solo reproduce un nivel de PCB entre la interconexión entre los componentes y las partes de la función, pero con los productos electrónicos digitales de alta velocidad, como la CPU, los productos principales actuales están en los 3,0 GHz aproximadamente, y los próximos cinco años de desarrollo planean alcanzar los 10 GHz.

La PCB como soporte para componentes electrónicos ya no es un simple dispositivo de interconexión eléctrica, la demanda de PCB tampoco se satisface solo con la PCB.El lado de la demanda de PCB tampoco solo está satisfecho con la función de conducción de la línea impresa, sino que también debe usarse como línea de transmisión, la necesidad de características de transmisión ideales.

Afectan el valor Z0 de una variedad de factores, como la constante dieléctrica de la capa aislante. ε, el espesor de la capa aislante H, el ancho del cable impreso W, el espesor de la capa conductora T (incluido el espesor de la capa chapada en oro), su ε, H, T y las características del propio sustrato de PCB.En la fabricación de tableros multicapa en el espesor del aislamiento, la precisión del control de precisión Z0 es el factor más importante, seguido del ancho del cable.

En la producción real, en primer lugar, a través de la mejora del proceso para mejorar la precisión del espesor de la lámina semicurada para controlar el espesor de la placa de moldura H, el uso de una capa de metal compuesto (Cu/Al) para controlar el espesor de la lámina de cobre;mejorar la formulación de la solución de grabado, así como la ubicación del proceso de exposición para controlar el ancho del alambre;el uso de un nuevo tipo de sustrato para controlar la PCB ε.

A través de la mejora del proceso mencionado anteriormente para hacer que la precisión Z0 de la PCB se haya mejorado significativamente y para lograr un estado controlado.mejora y se consigue un estado controlado.