11 материалов HDI, которые вам нужно знать

Другие смолы, которые широко используются, обычно выбираются для устранения конкретных недостатков систем на основе эпоксидных смол. BT-эпоксид широко применяется для органических чип-пакетов из-за его термической стабильности, в то время как полиимидные и цианатэстерные смолы используются для лучших электрических свойств (низкие Dk и Df) а также повышенной термической стабильности. Иногда их смешивают с эпоксидной смолой для снижения стоимости и улучшения механических свойств. Важным термическим свойством для бессвинцовой сборки является STII, и некоторые значения ламинатов показаны на рисунке 2.

Помимо термореактивных смол, используются термопластичные смолы, включая полиимид и политетрафторэтилен (ПТФЭ). В отличие от термопластичной версии полиимида, которая относительно хрупкая, термореактивная версия гибкая и поставляется в виде пленки. Обычно она используется для изготовления гибких плат, а также комбинированных плат, называемых жестко-гибкими. Она также более дорогая, чем эпоксидная, и используется по мере необходимости.

РИСУНОК 3. Таблица замены ламинатов для многих ламинатов ПП

Чтобы помочь вам в выборе подходящего ламината для HDI, на рисунке 3 показан выбор ламинатов со всего мира и их эквивалентность.

Армированные Материалы

Лазерно-Сверлимое и Традиционное Стекловолокно

Большинство диэлектрических материалов, используемых для изготовления печатных плат, включают в систему смолы армирующие добавки. Обычно армирование выполняется в виде тканого стекловолокна. Тканое стекловолокно, как и любая другая ткань, состоит из отдельных филаментов, которые переплетаются на ткацком станке. Используя филаменты разного диаметра и различные узоры переплетения, создаются разные виды стеклоткани.

Стекловолокно придает диэлектрику как механическую, так и термическую прочность, но при использовании в конструкциях HDI оно может вызвать некоторые проблемы. На рисунке 5 показано, что стеклоткань является тканой, а в таблице указаны стили, пряжи и толщины этих пряж. При использовании лазеров для создания переходных отверстий (виас) различие в скоростях абляции между стекловолокном и окружающей смолой может привести к плохому качеству отверстий. Кроме того, поскольку стеклоткань неоднородна из-за наличия участков без стекла, участков с одним волокном и пересечений волокон (также известных как узлы), сложно настроить параметры сверления для всех этих регионов. Обычно сверление настраивается для самой трудной для сверления области, которой является узловая область.

Производители стекловолокна создали так называемые лазерно-сверлимые диэлектрики, растягивая нити в обоих направлениях и делая ткань более однородной, что минимизирует участки без стекловолокна, а также участки с переплетением. На рисунке 4 показаны 12 доступных на данный момент LDP и их свойства. Тем не менее, для проникновения через стекловолокно все еще требуется больше энергии, чем через смолу, но теперь параметры сверления могут быть оптимизированы для получения последовательных результатов по всей панели.

РИСУНОК 4.  Таблица спецификаций ткани для лазерно-сверлимого стекловолокна.

RCCs

Фольга с покрытием из смолы (RCC)

Ограничения диэлектриков на основе стекловолокна побудили компании искать альтернативные решения для диэлектриков. Помимо проблем с лазерным сверлением (плохое качество отверстий и длительное время сверления), толщина тканого стекловолокна ограничивала, насколько тонкими могли быть печатные платы. Чтобы преодолеть эти проблемы, фольга из меди использовалась в качестве носителя для диэлектрика, чтобы затем ее можно было интегрировать в печатную плату. Эти материалы называются «Фольга с покрытием из смолы» или RCC. Фольга RCC производится с использованием процесса прокатки.

РИСУНОК 5.  Фотографии стандартных и лазерно-сверлимых стекловолоконных тканей.

Медь проходит через покрывающую головку, и смола наносится на обработанную сторону меди. Затем она проходит через сушильные печи и частично отверждается или находится в состоянии "B", что позволяет ей течь и заполнять пространства вокруг внутренних цепей и соединяться с основой. Системы смол обычно модифицируются с использованием ограничителя течения, чтобы предотвратить чрезмерное выдавливание во время процесса ламинирования.

Большая часть фольги RCC производится именно таким образом, но существуют и другие типы. Один из этих типов - продукт двухстадийного процесса (Рисунок 6). После нанесения первого слоя смолы его снова пропускают через покрывающее устройство для добавления второго слоя. Во время второго нанесения первый слой полностью отверждается, в то время как второй слой находится в состоянии "B". Преимущество этого процесса заключается в том, что первый этап действует как жесткая остановка и гарантирует минимальную толщину между слоями. Недостаток заключается в том, что продукт дороже, чем версия с однократным покрытием.

Несмотря на все преимущества фольги RCC, существуют опасения относительно отсутствия усиления в плане стабильности размеров и контроля толщины. Был разработан новый материал для решения этих проблем. MHCG от компании Mitsui Mining and Smelting включает в себя ультратонкое стекловолокно (либо 1015, либо 1027) в процессе нанесения смолы. Стекловолокно настолько тонкое, что из него нельзя сделать препрег, поскольку оно не может проходить через обработчик, как традиционное стекловолокно. Также доступен RCC на основе полиимида / эпоксидной смолы.

Стекловолокно не оказывает значительного влияния на лазерное сверление, но обеспечивает стабильность размеров, равную или лучшую, чем у стандартного препрега. Теперь доступны диэлектрические слои толщиной всего 25 микрон, что позволяет создавать очень тонкие многослойные изделия.

Стоимость - еще один аспект фольги RCC, вызывающий опасения. Фольга RCC почти всегда стоит дороже, чем эквивалентное сочетание препрега и медной фольги. Однако фольга RCC может фактически привести к созданию менее дорогого продукта, если учитывать время лазерного сверления. По мере увеличения количества отверстий и размера обрабатываемой площади улучшенная производительность лазерных сверл более чем компенсирует повышенную стоимость фольги RCC.

РИСУНОК 6.  Четыре доступных варианта покрытой смолой медной фольги (foil).

Другие диэлектрики

Оптимизированный жидкий эпоксид может обеспечить самую низкую стоимость среди всех диэлектриков для HDI. Он также наиболее легко наносится тонкими слоями для мелкой проводки. Его можно наносить методом шелкографии, вертикальным или горизонтальным вальцеванием, покрытием мениском или завесой. Бренд Taiyo Ink является наиболее используемым, но также продукты имеют Tamura, Tokyo Ohka Kogyo и Asahi Denka Kogyo.

Полифениловые эфиры/Полифениленоксид:  Т.пл. > 288° C являются термопластами полифениловых эфиров (PPE) или полифениленоксида (PPO) с температурами плавления значительно выше 288°-316° C. Смеси PPO/Эпоксид имеют Tg >180° C с более высокими температурами разложения. Их популярность обусловлена их отличными электрическими характеристиками, благодаря более низким диэлектрическим постоянным и тангенсам потерь по сравнению с многими термореактивными материалами, такими как эпоксид и BT, при низком водопоглощении. Их высокие температуры плавления и химическая стойкость делают процесс удаления смазки критически важным.

Электрические свойства

На рисунке 7 показаны диэлектрические постоянные (Dk) и коэффициенты потерь (Dj) популярных диэлектриков, включая те, которые подходят для очень высокоскоростной логики. В таблице 2 перечислены другие электрические характеристики, связанные с высокоскоростной производительностью для дизайна HDI. 

РИСУНОК 7. Электрические характеристики различных ламинатов по их диэлектрической постоянной и коэффициенту потерь.

ТАБЛИЦА 2. Другие важные электрические характеристики при проектировании высокоскоростных схем.

Возможность создания тонких дорожек и промежутков

Для очень высокоскоростной логики сигналы распространяются по поверхности проводника (эффект скин-слоя). Гладкие медные фольги позволяют изготавливать очень тонкие дорожки и промежутки с меньшими потерями меди. (См. Рисунок 8) на Рисунке 9, с медными фольгами толщиной 5 микрон и 3 микрона, или с использованием процесса mSAP, возможно создание ультратонких дорожек.

РИСУНОК 8. Обработка фольги для адгезии представлена в четырех профилях и важна для потерь меди (эффект скин-слоя). 

РИСУНОК 9. Очень тонкая и гладкая медная фольга может позволить создание очень тонких дорожек и промежутков (8мкм/8мкм). 

Материалы для печатных плат высокой плотности соединений являются серьезной темой для дизайнеров печатных плат и электроинженеров. Существует несколько хороших источников по теме материалов для печатных плат, и здесь акцент сделан на материалах HDI для помощи инженерам в проектировании печатных плат.Смотрите и узнайте, как Altium Designer^® поддерживает HDI-проектирование с поддержкой микровиас:

Зарегистрируйтесь и пробуйте Altium Designer уже сегодня.