11 Vật liệu HDI Bạn Cần Biết

Các loại nhựa khác thường được sử dụng để giải quyết các nhược điểm cụ thể của hệ thống nhựa epoxy. BT-Epoxy thường được sử dụng cho gói chip hữu cơ do độ ổn định nhiệt của nó, trong khi nhựa polyimide và cyanate ester được sử dụng để cải thiện tính chất điện (Dk và Df thấp hơn) cũng như độ ổn định nhiệt tốt hơn. Đôi khi chúng sẽ được pha trộn với epoxy để giảm chi phí và cải thiện tính chất cơ học. Một tính chất nhiệt quan trọng cho việc lắp ráp không chì là STII và một số giá trị của tấm lót được thấy trong Hình 2.

Ngoài nhựa nhiệt rắn, nhựa nhiệt dẻo cũng được sử dụng bao gồm polyimide và polytetrafluoroethylene (PTFE). Khác với phiên bản nhựa nhiệt dẻo của polyimide, phiên bản nhựa nhiệt rắn là linh hoạt và được cung cấp dưới dạng phim. Nó thường được sử dụng để làm mạch linh hoạt cũng như mạch kết hợp gọi là rigid-flex. Nó cũng đắt hơn epoxy và chỉ được sử dụng khi cần thiết.

HÌNH 3. Biểu đồ thay thế tấm lót cho nhiều tấm lót PWB

Để hỗ trợ bạn trong việc chọn tấm lót phù hợp cho HDI, Hình 3 cho thấy một lựa chọn các tấm lót từ khắp nơi trên thế giới và tính tương đương của chúng.

Vật liệu Cốt Lõi

Fiberglass Có Thể Khoan Bằng Laser và Truyền Thống

Hầu hết các vật liệu điện môi được sử dụng để chế tạo bảng mạch in đều kết hợp cốt liệu vào hệ thống nhựa. Cốt liệu thường được thực hiện dưới dạng sợi thủy tinh dệt. Sợi thủy tinh dệt giống như bất kỳ loại vải nào khác, được tạo thành từ các sợi filament cá nhân được dệt lại với nhau trên máy dệt. Bằng cách sử dụng các filament có đường kính khác nhau và các mẫu dệt khác nhau, các loại vải thủy tinh khác nhau được tạo ra.

Sợi thủy tinh tăng cường độ bền cơ học và nhiệt cho điện môi, nhưng nó gặp phải một số vấn đề khi được sử dụng trong các cấu trúc HDI. Hình 5 cho thấy vải thủy tinh được dệt, và bảng dưới đây cho thấy các kiểu, sợi, và độ dày của những sợi đó. Khi laser được sử dụng để tạo vias, sự khác biệt về tốc độ phân hủy giữa sợi thủy tinh và nhựa xung quanh có thể gây ra chất lượng lỗ kém. Ngoài ra, do vải thủy tinh không đồng nhất do có những khu vực không có sợi thủy tinh, khu vực có một sợi, và các giao điểm của các sợi (còn được gọi là khớp nối), nên việc thiết lập các tham số khoan cho tất cả các khu vực này trở nên khó khăn. Thông thường, việc khoan được thiết lập cho khu vực khó khoan nhất là khu vực khớp nối.

Các nhà sản xuất sợi thủy tinh đã tạo ra các điện mô cắt laser được gọi là bằng cách phân tán các sợi theo cả hai hướng và làm cho vải trở nên đồng đều hơn, từ đó giảm thiểu các khu vực không có sợi thủy tinh cũng như khu vực nút. Hình 4 cho thấy 12 LDP hiện có và các tính chất của chúng. Việc xuyên qua sợi thủy tinh vẫn cần nhiều năng lượng hơn là xuyên qua nhựa, nhưng giờ đây các tham số khoan có thể được tối ưu hóa để đạt được kết quả nhất quán trên toàn bảng.

HÌNH 4.  Bảng thông số vải cho sợi thủy tinh có thể khoan bằng laser.

RCCs

Foil Đồng Phủ Nhựa (RCC)

Các hạn chế của điện mô cốt sợi thủy tinh đã thúc đẩy các công ty tìm kiếm các giải pháp điện mô thay thế. Ngoài các vấn đề với khoan laser (chất lượng lỗ kém và thời gian khoan dài), độ dày của sợi thủy tinh dệt hạn chế độ mỏng của PCB có thể đạt được. Để vượt qua những vấn đề này, foil đồng được sử dụng như một phương tiện chứa điện mô để sau đó có thể tích hợp vào PCB. Những vật liệu này được gọi là “Đồng Phủ Nhựa” hoặc RCC. Foil RCC được sản xuất bằng quy trình cuộn.

HÌNH 5.  Ảnh của vải sợi thủy tinh tiêu chuẩn và có thể khoan bằng laser.

Đồng được đưa qua đầu phủ và nhựa được đặt lên mặt đã xử lý của đồng. Sau đó, nó được đưa qua lò sấy và được chữa một phần hoặc "B" staged, điều này cho phép nó chảy và lấp đầy các khu vực xung quanh mạch nội bộ và liên kết với lõi. Hệ thống nhựa thường được chỉnh sửa với một bộ hạn chế dòng chảy để ngăn chặn sự ép ra quá mức trong quá trình ép lớp.

Hầu hết các loại foil RCC được sản xuất theo cách này, nhưng còn tồn tại các loại khác. Một trong những loại này là sản phẩm hai giai đoạn (Hình 6). Sau khi lớp nhựa đầu tiên được phủ, nó được đưa qua máy phủ một lần nữa để thêm một lớp thứ hai. Trong quá trình phủ lớp thứ hai, lớp đầu tiên được chữa hoàn toàn, trong khi lớp thứ hai được "B" staged. Lợi ích của quá trình này là giai đoạn đầu tiên hoạt động như một điểm dừng cứng và đảm bảo độ dày tối thiểu giữa các lớp. Nhược điểm là sản phẩm đắt hơn so với phiên bản chỉ phủ một lớp.

Với tất cả những lợi ích của lá đồng phủ nhựa RCC, vẫn có những lo ngại về việc thiếu củng cố về độ ổn định kích thước và kiểm soát độ dày. Một vật liệu mới đã được phát triển để giải quyết những lo ngại này. MHCG từ Mitsui Mining and Smelting kết hợp sợi thủy tinh siêu mỏng (hoặc 1015 hoặc 1027) trong quá trình phủ nhựa. Sợi thủy tinh mỏng đến mức không thể làm thành prepreg vì nó không thể đi qua một tháp xử lý như sợi thủy tinh truyền thống. Cũng có sẵn RCC polyimide / epoxy.

Sợi thủy tinh không ảnh hưởng đáng kể đến việc khoan bằng laser, nhưng nó cung cấp độ ổn định kích thước bằng hoặc tốt hơn prepreg tiêu chuẩn. Các lớp điện môi mỏng đến 25 micron hiện nay có sẵn cho phép sản xuất các sản phẩm đa lớp rất mỏng.

Chi phí là một khía cạnh khác của lá đồng phủ nhựa RCC gây ra lo ngại. Lá đồng RCC hầu như luôn có giá cao hơn so với sự kết hợp tương đương của prepreg/vỏ đồng. Tuy nhiên, lá đồng RCC thực sự có thể dẫn đến một sản phẩm ít tốn kém hơn khi thời gian khoan bằng laser được xem xét. Khi số lượng lỗ và kích thước của khu vực tăng lên, việc cải thiện năng suất của máy khoan laser hơn là bù đắp cho chi phí tăng của lá đồng RCC.

HÌNH 6.  Bốn kiểu lá đồng phủ nhựa (foil) có sẵn.

Điện môi Khác

Epoxy lỏng tối ưu có thể cung cấp chi phí thấp nhất trong số các chất điện môi cho HDI. Nó cũng là loại dễ áp dụng nhất ở lớp mỏng cho dây dẫn mảnh. Nó có thể được phủ bằng in lưới, lăn dọc hoặc lăn ngang, phủ meniscus, hoặc phủ rèm. Thương hiệu mực Taiyo là thương hiệu được sử dụng nhiều nhất nhưng Tamura, Tokyo Ohka Kogyo, và Asahi Denka Kogyo cũng có sản phẩm.

Poliphenyl Ether/Poliphenylene Oxide:  Nhiệt độ chảy > 288° C là các loại nhựa nhiệt dẻo của Poliphenyl Ether (PPE) hoặc Poliphenylene Oxide (PPO) với điểm nóng chảy cao hơn nhiều 288°-316° C. Hỗn hợp PPO/Epoxy có Tg >180° C với nhiệt độ phân hủy cao hơn. Điểm nổi bật của chúng là hiệu suất điện xuất sắc do có hằng số điện môi và hệ số mất mát thấp hơn nhiều so với các loại thermoset như epoxy và BT với khả năng hấp thụ nước thấp. Điểm nóng chảy cao và khả năng chống hóa chất của chúng khiến quá trình desmearing trở nên quan trọng.

Tính Chất Điện

Hình 7 trình bày các hằng số điện môi (Dk) và các yếu tố tiêu hao (Dj) của các chất điện môi phổ biến, bao gồm cả những loại phù hợp cho logic tốc độ cao rất cao. Bảng 2 liệt kê các đặc tính điện khác liên quan đến hiệu suất tốc độ cao cho thiết kế HDI. 

HÌNH 7.  Các đặc tính điện của các loại vật liệu cách điện khác nhau theo hằng số điện môi và hệ số tán xạ.

BẢNG 2.  Các yếu tố hiệu suất điện quan trọng khác khi thiết kế mạch tốc độ cao.

Cho phép Tạo Đường Dẫn và Khoảng Cách Mảnh

Đối với logic tốc độ cao rất cao, tín hiệu di chuyển trên bề mặt của dẫn điện (Hiệu ứng Bề mặt). Lớp phủ đồng mịn cho phép tạo ra các đường dẫn và khoảng cách rất mảnh với tổn thất đồng ít hơn. (Xem Hình 8)  trong Hình 9, các đường dẫn siêu mảnh có thể thực hiện được với lớp phủ đồng 5 micron và 3 micron, hoặc với quy trình mSAP.

HÌNH 8.  Xử lý lớp phủ đồng để tăng độ bám dính có bốn hồ sơ và quan trọng cho tổn thất đồng (hiệu ứng bề mặt). 

HÌNH 9.  Lớp phủ đồng mỏng và mịn có thể cho phép tạo ra các đường dẫn và khoảng cách rất mảnh (8um/8um). 

Vật liệu cho Kết nối Mật độ Cao là một chủ đề nghiêm túc đối với các nhà thiết kế PCB và Kỹ sư Điện. Có nhiều nguồn tài nguyên tốt về chủ đề vật liệu cho PCB và tập trung ở đây đã là Vật liệu HDI để giúp kỹ sư thiết kế bảng mạch in.

Xem và thấy cách Altium Designer^® hỗ trợ thiết kế HDI với hỗ trợ microvias:

Đăng ký và thử Altium Designer ngay hôm nay.