Высокопроизводительные покрытия. Часть 3.

автор Автор: Карл Дитц (Karl Dietz) |

Материалы с низкой диэлектрической постоянной играют роль при высоких рабочих частотах, где требуется контроль импеданса и можно допустить только небольшие задержки распространения. При уменьшении толщины слоя требуется меньшее диэлектрическое сопротивление Dk для управляемого импеданса. Рис.1 показывает взаимоотношения между емкостью, индуктивностью, Dk, и влияние Dk на скорость распространения в середине. По сравнению со скоростью распространения в вакууме скорость сигнала в проводнике, окруженном диэлектриком, обратно пропорциональна квадратному корню Dk.

 

Низкий КТЭ диэлектрика, а точнее диэлектрик с КТЭ, который приближается к чипу (КТЭ примерно четыре) очень важен для прямого подсоединения чипов (DCA) и становится еще более важным с увеличением размера чипа. Керамические материалы имеют более предпочтительный КТЭ, чем органические. Чтобы уменьшить высокий КТЭ органических материалов в x/y-плоскости успешно используется керамический наполнитель (например, в PTFE/керамических составах), также, как и армирующие усиливающие волокна.

Огнестойкость электронных устройств – базовое требование безопасности, которое обычно касается диэлектрической смолы, так как другие компоненты, такие как медь, неорганические наполнители и стекловолокно, не представляют проблемы. Широко используемое FR-4 покрытие обычно получает свою огнестойкость, согласно рейтингу UL V-0, путем модификации эпоксидной смолы тетрабромбисфенолом А. Переживания о том, что этот огнеупорный препарат может превратиться в диоксины при сжигании или при удалении путем сжигания, заставили искать новые альтернативы. Добавки на основе фосфора используются как заменители, но они не универсальны. Смолы, содержащие ароматические кольца (например, LCP, полиимиды) по своей природе огнестойки, также, как и PTFE. Выбор эпоксидной смолы с высоким содержанием ароматических остатков помогает решить проблему огнестойкости, также, как и выбор и добавление неорганических наполнителей. Термин «без галогенное покрытие» используется для описания огнестойких альтернатив стандарту FR-4, но это немного некорректно: конкретной целью является бромированный бисфенол А, поэтому более точным определением будет «без бромный». PTFE также не выходит в «нежелательный» список, даже при том, что фтор является галогеном. «Без» в термине «без галогенный» также относительно, ведь следы хрома или брома, которые составляют естественные примеси в процессе производства диэлектрических смол, тоже не являются целью.

Химическая стабильность обычно описывается в терминах процентного отношения потерь материала за определенное время при определенной температуре (3-5% может быть верхним приемлемым уровнем в зависимости от спецификаций покрытия). Причины важности химической стабильности связаны с ожидаемым ухудшением электрических свойств и пониманием, что потеря веса в виде улетучивающихся продуктов распада может вызвать пузыри, расслоение и разрывы проводников. Исследования показали, что что отверждающий агент дицианамид («дики») в эпоксидных смолах, по-видимому, вносит вклад в ухудшение характеристик химической стабильности, так что изготовители покрытий переключаются на недиковые отвердители, такие как отверждающие вещества на основе фенола. Однако, другие исследования предполагают, что дики может адекватно действовать с минимальными изменениями системы смолы.

Проводящие анодные нити (CAF) – это дефект, который может привести к замыканию цепи из-за электромиграции медных ионов, выходящих из металлической меди в металлизированных сквозных отверстий. Медные ионы мигрируют вдоль стекловолокна, потенциально формируя проводящие пути к другой схеме. Такая миграция усиливается с факторами, ведущими к медной коррозии и миграции, такой как влага, и с маленькими промежутками между стекловолокном и смолой, которые могут возникать по причине плохого соединения смолы с поверхностью стекла.

Сегодняшние технологии материалов

Здесь приводится краткое резюме компонентов материалов покрытий и их функции:

Металлические слои и металлические покрытия

Медь – это основной металл для электрических схем, слоев питания и заземления и металлизации сквозных отверстий. В случае с CCL медь идет в форме фольги, которая покрывает диэлектрический слой (слои). Медная фольга либо формируется в процессе электроосажденная (ED-фольга), либо является так называемой прокатанной / отожженной медью – форма меди, предпочтительная для гибких плат благодаря своей гибкости. Медную фольгу обычно обрабатывают для улучшения рельефа и химического состава для адгезии к диэлектрической смоле. Такие химические модификации могут включать осаждение цинка или латуни и покрытия сланными связующими агентами. Медная поверхность, выходящая во внешнюю сторону, может быть обработана покрытием против помутнения, таким как хром для защиты от коррозии, и может быть топографически и / или химически модифицирована для улучшения адгезии с сухим покрытием, как в случае с фольгой с двойной обработкой. И наконец, внешний слой печатной платы с электрической схемой может иметь металлическое покрытие, такое как золото, никель / золото, олово, никель / палладий / золото или олово / свинец для защиты поверхности меди от коррозии и повышения паяемости или проволочного склеивания.

Усиление / Наполнители

Наиболее распространенный усилитель – это тканное стекло, поверхность которого обычно обрабатывается для лучшей подверженности обработке и для лучшей адгезии со смолой (например, с силановыми связующими агентами). Усилители из нетканого стекла также, как и органические волокна, такие как арамид, также используются как усилители. Они используются для улучшения стабильности размеров и более низкого СТЕ. Наполнители выполняют ряд функций (например, изменение Dk и Df, снижение СТЕ и усиления теплопроводности). В последние годы возник спрос на более тонкие, более однородные стеклянные переплетения для улучшения контроля импеданса и улучшения способности к сверлению как механическому, так и лазерному (UV, CO2). Использование наполнителей требует технологии ноу-хау по дисперсии и технологии поверхностной обработки. Форма частиц наполнителя также важна. Для получения низкого СТЕ по осям X, Y, и Z необходимо использовать наполнители практически сферической формы.

Диэлектрическая смола

Исторически сложилась тенденция от низко производительных смол, таких как фенольные/формальдегидные смолы, до эпоксидов, а затем и не-эпоксидных высокопроизводительных смол для улучшения электрических свойств (более низких Dk, Df), снижения влагопоглощения, улучшения химической стабильности и стабильности размером (модуль). Не менее важно для низких значений Dk, Df диэлектрика единообразие этих размеров по всей поверхности платы, и малое изменение Df, Dk в зависимости от температуры, частоты и содержания влаги. Низкое влагопоглощение желательно для избежания формирование пара (выход газов) при высоких температурах. Также присутствие воды обычно ухудшает электрические свойства и изменяет значения Dk и Df в зависимости от содержания влаги. Примеры высокопроизводительных смол данные в некоторых частях данного исследования: PTFE, другие фтор полимеры, BT, полиэфиры, полиимиды, LCP, углеводороды, каучуки и т. д.

Источник: журнал The PCB Magazine Январь 2016

 

Назад