Parâmetros de qualidade do substrato PCB

Como o PCB é um suporte estrutural para componentes eletrônicos, propriedades elétricas, resistentes ao calor e outras possuem requisitos rígidos, empresas eletrônicas de grande porte criaram centros de testes para testes abrangentes de seu desempenho, agora os principais parâmetros e alterações nesses parâmetros no

O desempenho do PCB é apresentado da seguinte forma.

1 temperatura de transição vítrea (Tg)

Além dos substratos cerâmicos, quase todos os laminados contêm polímeros.O polímero é sintetizado a partir de materiais orgânicos, que se caracterizam por determinadas condições de temperatura, a forma do substrato vai mudar, nessa temperatura o substrato é duro e quebradiço, ou seja, semelhante à forma do vidro, geralmente denominado vítreo;se a temperatura acima, o material se tornará macio, semelhante a borracha, também conhecido como estado de borracha ou estado de couro, neste momento a resistência mecânica é significativamente menor e, portanto, a decisão para a temperatura crítica do desempenho do material é conhecida como temperatura de transição vítrea (Tg).Portanto, a temperatura crítica para determinar o desempenho do material é chamada de temperatura de transição vítrea (Temperatura de Transição de Vidro, conhecida como Tg).Obviamente, como material estrutural, as pessoas esperam que sua temperatura de transição vítrea seja a mais alta possível, a temperatura de transição vítrea é única para o desempenho dos polímeros, é um parâmetro chave na escolha do substrato, isso porque na soldagem SMT processo, a temperatura de soldagem geralmente está na casa de 220 ℃ ou mais, muito maior do que o substrato PCB Tg, então o PCB pela alta temperatura será uma deformação térmica significativa, enquanto os componentes do chip são soldados diretamente à superfície do PCB, quando a temperatura de soldagem é reduzida, as juntas de solda são geralmente resfriadas em 180 ℃ na primeira solidificação, e neste momento a temperatura do PCB ainda é superior à Tg, o PCB ainda está em estado de deformação térmica, após um período de tempo para esfriar completamente, neste momento, o PCB irá inevitavelmente produzir muito estresse térmico, o estresse nos pinos dos componentes foi soldado, e quando a gravidade dos componentes fará com que o componente seja danificado, conforme mostrado na figura.

Danos por estresse térmico da PCB aos componentes

Através de testes, pode-se observar que quando o substrato do circuito está na temperatura de transição vítrea do polímero do substrato acima da temperatura, sua expansão será maior do que na temperatura Tg abaixo do mesmo aumento de temperatura na quantidade de expansão, na temperatura de transição vítrea abaixo da quantidade de expansão térmica do material do substrato e a temperatura se aproxima da relação linear, ou seja, o material do substrato CTE é aproximadamente constante, e uma vez que a temperatura excede a temperatura de transição vítrea do material, a quantidade de expansão térmica do material do substrato será com a Temperatura em uma relação exponencial, ou seja, com o aumento da temperatura, o CTE aumenta exponencialmente.

Portanto, na seleção dos materiais do substrato do circuito, a temperatura de transição vítrea Tg não deve apenas ser superior à temperatura operacional do circuito, mas também o mais próximo possível da temperatura mais alta que ocorre no processo.

PCB de alto Tg tem as seguintes vantagens: processo de perfuração, propício à perfuração de micro-furos, perfuração de placa de baixo Tg será devido à perfuração de alta velocidade para produzir uma grande quantidade de energia térmica e fazer com que a placa na resina amoleça para que o processamento dificuldades.O PCB de alta Tg no ambiente de temperatura mais alta ainda tem um CTE relativamente pequeno, e o CTE dos componentes do chip está próximo do CTE, para garantir que o produto funcione de maneira confiável.Especialmente com a introdução de FQFP, BGA, CSP e outros dispositivos multipinos, os requisitos de PCB são cada vez mais elevados.Após os componentes serem soldados em alta temperatura, a deformação térmica do PCB produzirá alto estresse térmico nos componentes, portanto, ao escolher o substrato de PCB para produtos eletrônicos, o substrato com maior Tg deve ser escolhido de forma adequada.

2 Coeficiente de expansão térmica (CTE)

Qualquer material se expandirá quando for aquecido, e o Coeficiente de Expansão Térmica (CTE) refere-se à quantidade de mudança linear no tamanho do material desencadeada por cada unidade de mudança de temperatura.

O CTE dos materiais poliméricos é geralmente superior ao dos materiais inorgânicos e, quando a tensão de expansão excede o limite de tolerância do material, causará danos ao material.Para uma PCB multicamadas, há uma diferença entre o CTE nas direções X e Y (ou seja, direções de comprimento e largura) e o CTE na direção Z (espessura).Portanto, quando a placa multicamada é aquecida, os furos de metalização na direção Z serão danificados devido à diferença na tensão de expansão e, em casos graves, os furos de metalização serão fraturados.Como a placa multicamadas é feita de várias 'folhas de resina semicurada' de camada única, prensadas a quente, a folha de resina semicurada é feita de tecido de fibra de vidro impregnado com resina epóxi, aquecimento e cozimento para fazer tecido de fibra de vidro epóxi em um semi- estado curado e, em seguida, a folha semi-curada empilhada camada por camada, como a necessidade de fazer a camada interna do circuito, mas também de acordo com os requisitos do circuito interno deve ser colocada na folha de cobre e, finalmente, será empilhei várias camadas de folha semi-curada.Camadas empilhadas de moldagem por prensagem a quente de chapa semicurada, resfriamento e, em seguida, perfuração e galvanização no local desejado e, finalmente, geram furos chapeados, também conhecidos como furos metalizados.

São feitos furos metalizados, mas também para conseguir a interligação entre a camada e a camada do PCB.Como a parede do furo após a perfuração no substrato é quase de resina epóxi, ela não será muito alta com a combinação da camada revestida de cobre.A parede geral do furo de metalização tem apenas cerca de 25 μm de espessura e a densificação da camada de cobre é baixa, a estrutura da placa multicamadas inicial na metalização do furo deixa uma certa quantidade de problemas ocultos, ou seja, folha semicurada no tecido de fibra de vidro devido ao aprimoramento, bem como as restrições da fiação de cobre multicamadas, geralmente CTE significativamente reduzidas para placas semi-curadas de epóxi, por exemplo, cada camada do CTE para (13 ~ 15) × 10-6 / ℃.E a placa multicamada, camada a camada, depende principalmente da força de ligação da própria resina epóxi para obter a ligação, de modo que a resina epóxi, na ausência de outras melhorias e restrições de material, seu CTE será significativamente maior após o aquecimento, geralmente (50 ~ 100) × 10-6 / ℃.A camada de chapa semicurada está na direção XY, enquanto as chapas semicuradas estão na direção Z entre elas, portanto há uma diferença significativa entre o CTE na direção XY e na direção Z.Então, como a parede do furo metalizado é fina e a estrutura da camada de revestimento de cobre não é muito densa, quando o PCB é aquecido, a tensão térmica na direção Z atua na parede do furo metalizado, e após aplicar tensão em sua parte frágil, ocorrerá uma fratura ou fratura parcial da parede do furo.

Tais defeitos não podem ser previstos com antecedência e, às vezes, defeitos ocultos ocorrem após o produto eletrônico ter sido usado por algum tempo devido a vários motivos, como fadiga, conforme mostrado na figura.

Nos produtos SMT, a densidade da fiação PCB está aumentando, o número de furos de metalização está aumentando e o diâmetro dos furos está diminuindo, e o número de camadas em placas multicamadas também está aumentando.Para superar ou eliminar os problemas ocultos acima, geralmente são tomadas as seguintes medidas:

(1) Processo de gravação côncava para aumentar a força de ligação entre a parede do furo metalizado e a placa multicamadas;

(2) Controle adequado do número de camadas da placa multicamadas, atualmente defendendo o uso de 8 a 10 camadas, de modo que a relação diâmetro-profundidade dos furos metálicos no controle de 1:3 ou mais, que é o mais relação diâmetro-profundidade segura, a relação diâmetro-profundidade mais comum é de cerca de 1:6;

(3) o uso de materiais CTE relativamente pequenos ou o uso do desempenho CTE dos materiais empilhados uns sobre os outros, de modo que o CTE geral do PCB seja reduzido;(4) no processo de fabricação de PCB, o uso de furos cegos e furos enterrados na tecnologia, conforme mostrado na Figura 8-6, a fim de atingir o objetivo de reduzir a relação diâmetro-profundidade, que é a abordagem mais desejável.As vias cegas são interligações entre a camada superficial e determinadas delaminações internas, sem a necessidade de percorrer todo o substrato, reduzindo a profundidade do furo;furos enterrados são apenas interconexões entre delaminações internas, o que pode reduzir ainda mais a profundidade do furo.Embora furos cegos e buracos enterrados na produção sejam difíceis, mas tenham melhorado muito a confiabilidade do PCB, através do teste da placa de luz PCB pode ser avaliado se a rede de linha está conectada.

Depois de tomar as medidas acima, evite efetivamente o produto no uso do fenômeno de quebra do furo de metalização ocorrido

3 planicidade e resistência ao calor

1. Planicidade devido às características do processo do SMT, a PCB atual requer um alto grau de planicidade, de modo que os pinos do componente de montagem em superfície e as almofadas da PCB correspondam perfeitamente.Portanto, a camada de revestimento de superfície da almofada PCB não usa apenas o processo de nivelamento de ar quente da liga Sn / Pb, mas também um grande número de processos banhados a ouro ou processos de revestimento de fluxo pré-aquecido para melhorar seu nivelamento.

2. resistência ao calor geralmente o processo SMT às vezes é exigido por duas soldas por refluxo e, portanto, após uma alta temperatura, ainda é necessário manter o nivelamento da placa, a fim de garantir a confiabilidade do segundo patch;e as almofadas dos componentes de montagem em superfície estão ficando cada vez menores, a resistência de ligação das almofadas é relativamente pequena, se o PCB usando a resistência ao calor do substrato for alta, então as almofadas da resistência ao descascamento também são altas, os requisitos gerais para o processo SMT do PCB pode ter 250 ℃ / 50 s de resistência ao calor.

4 Desempenho Elétrico e Impedância Característica

1. Desempenho Elétrico

Devido ao desenvolvimento da tecnologia de comunicação sem fio na direção de alta frequência, as características de alta frequência dos requisitos de PCB para melhorar, especialmente a expansão dos sistemas de comunicação móvel, a frequência usada pela banda de ondas curtas (300 M ~ 1 GHz) na banda de microondas (1 ~ 3 GHz).

(1~3GHz).O aumento na frequência leva a um aumento na constante dielétrica (ε) do substrato.Normalmente, a velocidade de transmissão V (m/s) de um sinal de circuito está relacionada a ε.A frequência de um sinal de circuito é determinada pela constante dielétrica do substrato:

onde K é uma constante, C é a velocidade da luz e ε é a constante dielétrica do PCB.Quando ε do PCB aumenta, a velocidade de transmissão V do sinal do circuito diminui.

Por exemplo, o ε do substrato de politetracloroetileno é de 2,6 a 3, e o ε do substrato epóxi é de 4,5 a 4,9, e o primeiro é 35% a 47% menor que o último, e se o primeiro for usado para fazer o PCB, a velocidade do sinal é 40% mais rápida que o último.

Além disso, se analisado sob a perspectiva da perda de sinal, o material dielétrico consumirá energia devido à geração de calor sob a ação de um campo elétrico alternado, que geralmente é expresso pela tangente angular da perda dielétrica (tg δ), e em geral tg δ é proporcional a ε.

Se tg δ aumenta, o meio absorve mais energia e a perda de sinal é grande;esta relação é mais óbvia em altas frequências, o que afeta diretamente a eficiência dos sinais de transmissão de alta frequência.

Resumidamente, ε e tg δ é um parâmetro importante para avaliar o desempenho elétrico do substrato PCB, quando a frequência de operação do circuito é superior a 1 GHz geralmente requer substrato ε <3,5, tg δ <0,02.Além disso, a avaliação do desempenho elétrico do índice do substrato da resistência elétrica, resistência de isolamento, resistência ao desempenho de arco voltaico.

Impedância característica quando a eletricidade pulsante através do condutor, além da resistência, mas também pela resistência indutiva (XL) e resistência capacitiva (XC), o circuito ou componente através do qual a corrente CA produzida pela obstrução é chamada de impedância, e nos produtos de comunicação digital, como computadores, os circuitos impressos são transmitidos por um sinal de onda quadrada, geralmente também conhecido como sinais de pulso, pertencentes à natureza da corrente alternada pulsante, de modo que a transmissão encontrou resistência. Linha impressa de PCB inicial, apenas reproduz um nível de PCB entre a interconexão entre os componentes e partes da função, mas com os produtos eletrônicos digitais de alta velocidade, como CPU, os produtos convencionais atuais estão na faixa de 3,0 GHz ou mais, e os próximos cinco anos de planos de desenvolvimento para atingir 10 GHz.

O PCB como suporte para componentes eletrônicos não é mais um simples dispositivo de interconexão elétrica, a demanda por PCB também não é satisfeita apenas com o PCB.O lado da demanda de PCB também não está apenas satisfeito com a função de condução da linha impressa, mas deve ser usado como linha de transmissão, a necessidade de características de transmissão ideais.

Afeta o valor Z0 de uma variedade de fatores, como a constante dielétrica da camada isolante ε, a espessura da camada isolante H, a largura do fio impresso W, a espessura da camada condutora T (incluindo a espessura da camada banhada a ouro), sua ε, H, T e as características do próprio substrato PCB.Na fabricação de placas multicamadas na espessura do isolamento da precisão do controle de precisão Z0 é o fator mais importante, seguido pela largura do fio.

Na produção real, em primeiro lugar, através da melhoria do processo para melhorar a precisão da espessura da chapa semicurada para controlar a espessura da placa de moldagem H, o uso de camada metálica composta (Cu/Al) para controlar a espessura da folha de cobre;melhorar a formulação da solução de ataque, bem como a localização do processo de exposição para controlar a largura do fio;o uso de um novo tipo de substrato para controlar o PCB ε.

Através da melhoria do processo mencionado acima para fazer com que a precisão Z0 do PCB tenha sido significativamente melhorada e para alcançar um estado controlado.melhorado e um estado controlado é alcançado.