Требования к свойствам CCL при производстве печатных плат

Требования к свойствам CCL при обработке печатных плат

При обработке печатных плат решающее значение имеют несколько ключевых характеристик медного плакированного ламината (CCL). К ним относятся размерная стабильность, тепловое сопротивление, гладкость поверхности, адгезия между медной фольгой и подложкой, плоскостность (деформация и скручивание), сверлимость (загрязнение смолой), производительность гальванопокрытия, химическая стойкость и влагопоглощение. В последние годы также были введены требования к УФ-экранированию и сверлению лазером CO2. Производительность CCL в этих аспектах тесно связана с качеством изготовления печатных плат. Если выбранный CCL не соответствует требованиям обработки печатных плат, это может привести к дефектам подложки или даже отходам.

Например, плохая размерная стабильность CCL отрицательно влияет на межслойное выравнивание при изготовлении многослойных плат, что приводит к ненадлежащим соединениям для сквозных отверстий и схем схем. Низкое тепловое сопротивление может привести к короблению и скручиванию подложек во время сушки и применения травителей в процессе изготовления печатных плат. Кроме того, плохая гладкость поверхности, возникающая из-за неравномерного переплетения стекловолокна, может ухудшить качество формирования мелкого рисунка на печатной плате. Значительная деформация и скручивание во время ламинирования могут привести к низкой точности позиционирования микрорисунка.

Кроме того, во время сверления тепло от резки может вызвать загрязнение смолы, если CCL плохо поддается сверлению, что отрицательно сказывается на качестве обработки отверстий. Если смола слишком хрупкая или межслойная адгезия слабая, это может привести к грубым стенкам отверстий и обнажению стекловолокна, что напрямую влияет на качество гальванопокрытия. Кроме того, если добавки в смоле выщелачиваются во время гальванопокрытия, это может загрязнить раствор для гальванопокрытия, что приведет к аномальному осаждению определенных компонентов.

На протяжении всего процесса производства печатной платы CCL должен выдерживать воздействие кислот, щелочей и органических растворителей. Поэтому он должен обладать высокой химической стойкостью и низким влагопоглощением; в противном случае поверхность подложки может обесцветиться, а производительность может ухудшиться.

Требования к свойствам CCL для установки компонентов на печатные платы

Чтобы обеспечить высококачественную установку компонентов на печатные платы, CCL должна соответствовать различным требованиям к производительности. Эти требования в основном касаются стабильности размеров (низкий коэффициент теплового расширения), термостойкости припоя, плоскостности, прочности на отрыв медной фольги и прочности на изгиб.

Если стабильность размеров CCL недостаточна, это приведет к снижению точности размещения компонентов. Низкая термостойкость припоя может вызвать проблемы с качеством, такие как вздутие подложки, расслоение и образование пузырей медной фольги во время пайки волной или пайки оплавлением из-за теплового удара. Чрезмерная деформация может еще больше снизить точность установки компонентов, что приведет к плохой связности в паяных соединениях. Если прочность на отрыв медной фольги снижается после теплового удара, это может привести к отсоединению медной фольги вместе с установленными компонентами. Кроме того, низкая прочность на изгиб может привести к чрезмерной деформации (обычно называемой «провисанием») под весом более тяжелых компонентов.

Недавние тенденции к уменьшению размеров компонентов SMC-чипов требуют, чтобы CCL имела еще более высокую гладкость поверхности.

Требования к свойствам CCL для работы готовых электронных изделий

Когда дело доходит до работы готовых электронных изделий, больше внимания уделяется электроизоляционным свойствам CCL, диэлектрической проницаемости, коэффициенту рассеяния, точности толщины (особенно для применения в разъемах), надежности (включая низкий коэффициент теплового расширения, влаго- и теплостойкость, а также термостойкость), механической прочности, огнестойкости, экологическим характеристикам и теплопроводности.

Для обеспечения нормальной и стабильной работы готовых электронных изделий изолирующие подложки не должны демонстрировать ионной миграции, поскольку это явление напрямую влияет на надежность изоляции, диэлектрическую прочность и даже может привести к коротким замыканиям между линиями цепи.

Для точного управления характеристическим импедансом и высокоскоростной передачей сигнала CCL должны демонстрировать превосходные диэлектрические свойства (включая низкую диэлектрическую проницаемость). Особенно в условиях высокой частоты и высокой влажности диэлектрические свойства должны оставаться стабильными.

Качество гальванических сквозных отверстий напрямую связано с долгосрочной надежностью готовых электронных изделий. Таким образом, качество производства сквозных отверстий тесно связано с размерной стабильностью CCL в направлении толщины (ось Z) и направлении поверхности (оси X и Y). Поскольку полная электронная продукция имеет тенденцию к миниатюризации и облегчению конструкции, спрос на высокоплотную проводку, тонкие дорожки и малые отверстия в печатных платах увеличивается, что приводит к повышенным требованиям к размерной стабильности CCL.

В целом, требования к производительности CCL по этим трем аспектам подчеркивают различные приоритеты. При обработке печатных плат основное внимание уделяется прв первую очередь на размерную стабильность, возможность сверления, качество гальванопокрытия, коробление, скручивание и химическую стойкость. При установке компонентов ключевыми проблемами являются коэффициенты теплового расширения, стойкость к тепловому удару, прочность на отрыв медной фольги и плоскостность. Для эксплуатации электронных продуктов особое внимание уделяется надежности электроизоляции, диэлектрической проницаемости, коэффициенту рассеяния, влаго- и термостойкости, огнестойкости и экологическим характеристикам.

Эксплуатационные характеристики различных типов ламината с медным покрытием

Различные материалы подложки проявляют уникальные свойства. Ниже приведен сравнительный анализ различных типов.

Фенольно-бумажный ламинат

В ламинате на основе фенольной бумаги в качестве связующего используется фенольная смола, а в качестве армирования — бумага из древесной целлюлозы. Он экономически эффективен и легок, что делает его пригодным для штамповки. Однако его рабочая температура, влагостойкость и термостойкость ниже, чем у ламинатов из эпоксидного стекловолокна. В основном производятся односторонние медные ламинаты, но были разработаны и двухсторонние продукты для применения в отверстиях с серебряной пастой, которые демонстрируют улучшенную стойкость к миграции ионов серебра.

Обычные модели продуктов включают FR-1 (огнестойкий) и XPC (неогнестойкий).

Ламинат на основе эпоксидной бумаги

Ламинат на основе эпоксидной бумаги использует эпоксидную смолу в качестве связующего. Он демонстрирует улучшенные электрические и механические характеристики по сравнению с FR-1. Основная модель продукта — FR-3, которая более распространена в Европе.

Ламинат на основе эпоксидного стекловолокна

Ламинат на основе эпоксидного стекловолокна использует эпоксидную смолу в качестве связующего и стеклоткань электронного класса в качестве армирования. Он является важной подложкой для многослойных печатных плат благодаря своим механическим свойствам, размерной стабильности, ударопрочности и влагостойкости.

Этот тип ламината широко используется, причем FR-4 является наиболее распространенной моделью продукта. Недавние разработки привели к внедрению высокотемпературных FR-4-продуктов для удовлетворения меняющихся требований к электронным установкам и технологиям печатных плат.

Композитный ламинат

Композитный ламинат включает типы CEM-1 и CEM-3, которые используют древесное волокно или хлопковую целлюлозную бумагу в качестве основных материалов, армированных стеклотканью и обработанных огнестойкой эпоксидной смолой. В настоящее время они являются одними из самых распространенных композитных ламинатов.

CEM-1 и CEM-3 предлагают баланс между механическими характеристиками и стоимостью производства, позволяя выполнять перфорацию и сверление. Некоторые платы CEM-3, произведенные за рубежом, превзошли стандартные FR-4 по сопротивлению утечкам, точности толщины и стабильности размеров, что привело к их широкому использованию в производстве двухсторонних печатных плат.

Специализированный ламинат на основе стекловолокна

Специализированные ламинаты на основе стекловолокна со смолой фокусируются на высоких электрических характеристиках и термостойкости, включая такие типы, как полиимид (PI), политетрафторэтилен (PTFE), цианатный эфир (CE), бисмалеимид триазин (BT) и термореактивный полифениленоксид (PPE или PPO). Эти материалы обычно обладают высокой термостойкостью (высокая Tg), низким влагопоглощением и низкой диэлектрической проницаемостью. Однако они, как правило, имеют более высокую стоимость производства и немного сниженную жесткость, что приводит к более низкой обрабатываемости печатных плат по сравнению с подложками FR-4.

Гибкий ламинат с медным покрытием (FCCL)

Гибкий ламинат с медным покрытием имеет решающее значение для гибких печатных плат (FPC), жестко-гибких печатных плат и подложек для упаковки полос. Его отличительные особенности включают в себя тонкость, малый вес и структурную гибкость. FCCL можно динамически сгибать, скручивать и складывать. Существует два основных типа: трехслойный FCCL с клеями (3L-FCCL) и двухслойный FCCL без клеев (2L-FCCL). По сравнению с 3L-FCCL, 2L-FCCL демонстрирует лучшую термостойкость, размерную стабильность, прочность связи и более тонкие профили.

Ламинат с медным покрытием на металлической основе

Наиболее распространенным типом ламината на металлической основе является ламинат на основе алюминия с высокой теплопроводностью. Ламинаты на металлической основе служат основными материалами для печатных плат с высокой теплопроводностью. Исключительные тепловые характеристики, возможности механической обработки, электромагнитное экранирование, размерная стабильность и многофункциональность делают их все более популярными в смешанных интегральных схемах, автомобилестроении, мотоциклах, офисной автоматизации, высокомощном электрооборудовании, силовых устройствах и устройствах с высоким током, особенно в приложениях для упаковки светодиодов.

Этот профессиональный обзор дает полное представление об основных свойствах и эксплуатационных характеристиках различных типов ламината с медным покрытием в производстве печатных плат.