Leiterplatten-Substratmaterialien

Die für PCB verwendeten Substratsorten werden grob in zwei Kategorien unterteilt, nämlich organische Substratmaterialien und anorganische Substratmaterialien.Anorganische Substrate sind hauptsächlich Keramikplatten und emaillierte Stahlsubstrate.Organische Substratmaterialien sind Verstärkungsmaterialien wie Glasfasergewebe (Faserpapier, Glasfilz usw.), die in Harzbindemittel getränkt, durch Trocknen zu einem Rohling geformt und dann mit Kupferfolie bedeckt werden, die bei hoher Temperatur und hohem Druck hergestellt wird.

Diese Art von Substrat, bekannt als kupferkaschiertes Laminat (CCL), allgemein bekannt als kupferkaschiertes Laminat, ist das Hauptmaterial für die Herstellung von Leiterplatten. CCL hat viele Varianten, im Allgemeinen entsprechend den Verstärkungsmaterialien der Platine, die unterteilt werden können : Papierbasis, Glasfasergewebebasis, Verbundbasis (CEM-Serie), laminierte Mehrschichtbasis und spezielle Materialien basierend auf den fünf Kategorien (Keramik, Metallkern basierend auf den).Bei der Klassifizierung nach den verschiedenen in der Platte verwendeten Harzklebstoffen sind die häufigsten CCL auf Papierbasis: Phenolharz (XPC, XXXPC, FR-1, FR-2 usw.), Epoxidharz (FR-3), Polyesterharz und andere Arten.Gängige CCLs auf Glasfasergewebebasis sind Epoxidharze (FR-4, FR-5), die derzeit die am häufigsten verwendete Art von Glasfasergewebebasis sind.Es gibt auch andere Spezialharze (mit Glasfasergewebe, polybasischen Amidfasern, Vliesstoffen usw. als Zusatzmaterialien): Bismaleimid-modifizierte Triazinharze (BT), Polyimidharze (PI), Diphenylenetherharze (PPO), Maleinsäureanhydridimid -Styrolharze (MS), Polycyanatharze, Polyolefinharze, Polyolefinharze usw. CCLs werden nach ihrer Leistung kategorisiert und in CCLs mit allgemeiner Leistung, CCLs mit niedriger Dielektrizitätskonstante und CCLs mit hoher Hitzebeständigkeit (im Allgemeinen über 150 °C für Platinen) unterteilt. und CCLs mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten (wird im Allgemeinen auf eingekapselten Substraten verwendet).

Wenn das Substratmaterial entsprechend starr und flexibel ist, kann es in starres CCL und flexibles CCL unterteilt werden.Tabelle 8-4 zeigt die Leistung verschiedener Substratmaterialien.Wichtige Parameter sind die Glasübergangstemperatur Tg und der Wärmeausdehnungskoeffizient CTE.Im Allgemeinen muss Tg größer sein als die Betriebstemperatur des Kreislaufs und die maximale Temperatur im Produktionsprozess, während der CTE so klein und konstant wie möglich sein sollte.

Keramiksubstrat Das Substratmaterial des Keramik-Schaltkreissubstrats besteht zu 96 % aus Aluminiumoxid. Wenn eine hohe Festigkeit des Substrats erforderlich ist, kann 99 % reines Aluminiumoxidmaterial verwendet werden.Allerdings ist hochreines Aluminiumoxid schwierig zu verarbeiten und hat eine geringe Ausbeute, sodass der Preis für die Verwendung von reinem Aluminiumoxid hoch ist.Berylliumoxid ist ebenfalls ein keramisches Substratmaterial, ein Metalloxid mit guten elektrischen Isolationseigenschaften und ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit, das als Substrat für Schaltkreise mit hoher Leistungsdichte verwendet werden kann, bei der Verarbeitung jedoch der erzeugte Staub schädlich für den Menschen ist Körper.Keramische Leiterplatten werden hauptsächlich für dicke Dünnschicht-Hybridschaltungen und Multi-Chip-Mikromontageschaltungen verwendet, was die Vorteile von Leiterplatten aus organischen Materialien nicht mit sich bringt.Beispielsweise kann der CTE der Keramikplatine mit dem CTE des LCCC-Gehäuses übereinstimmen, sodass die Montage von LCCC-Geräten eine gute Lötverbindungszuverlässigkeit aufweist.

Darüber hinaus eignen sich Keramiksubstrate für Vakuumverdampfungsprozesse, da sie selbst bei Erwärmung keine großen Mengen an adsorbierten Gasen freisetzen, die zu einem Vakuumabfall führen können.Darüber hinaus weist das Keramiksubstrat auch eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine gute Oberflächenbeschaffenheit und eine hohe chemische Stabilität auf und ist ein bevorzugtes Schaltungssubstrat für Dünnschicht-Hybridschaltungen und Multichip-Mikromontageschaltungen.Es ist jedoch schwierig, es zu einem großen und flachen Substrat zu verarbeiten, und es kann nicht zu einer Kombination aus mehreren Blöcken und einer Stempelplattenstruktur verarbeitet werden, um es an die Anforderungen der automatisierten Produktion anzupassen.Darüber hinaus ist das Keramikmaterial aufgrund seiner hohen Dielektrizitätskonstante nicht für Hochgeschwindigkeitsplatinen geeignet, und der Preis ist für allgemeine Leiterplatten nicht erschwinglich.

Epoxidglasfaser-Leiterplatte: Diese Leiterplatte besteht aus Epoxidharz und Glasfasern, die die Festigkeit von Glasfasern und die Zähigkeitsvorteile von Epoxidharz kombiniert und daher eine gute Festigkeit und Duktilität aufweist.Damit können sowohl einseitige Leiterplatten als auch doppelseitige und mehrschichtige Leiterplatten hergestellt werden.Epoxid-Glasfaser-Leiterplatte in der Produktion, das erste Eindringen von Epoxidharz in das Glasfasergewebe aus Laminat.

Gleichzeitig werden weitere Chemikalien hinzugefügt, beispielsweise Härter, Stabilisatoren, brennbare Mittel, Klebstoffe usw.Im Laminat ein- oder beidseitig verklebte Kupferfolie aus kupferbeschichtetem Epoxid-Glasfaserlaminat als Rohmaterial für Leiterplatten.Die derzeit gebräuchlichsten Laminattypen sind:

1. G-10- und G-11-Laminate sind Epoxid-Glasfaserlaminate, enthalten kein Flammschutzmittel und können mit einer Bohrmaschine gebohrt werden, dürfen jedoch nicht mit einer Stanzmaschine gestanzt werden.Die Leistung von G-10 ist der von FR-4-Laminaten sehr ähnlich, während G-11 höheren Arbeitstemperaturen standhalten kann.2. Laminate der FR-Serie enthalten alle Flammschutzmittel und werden daher als „FR“ bezeichnet.'.

（1） FR-1-Laminat.Phenolischer Papierträger, dieses Substrat wird allgemein als Bakelit bezeichnet.

(2) FR-2-Laminat.Es ähnelt XXXPC und ist ein Phenolharzlaminat auf Papierbasis, das nur mit einem Locher gestanzt und nicht mit einer Bohrmaschine gebohrt werden kann.

(3) FR-3-Laminat.Epoxidharzlaminat auf Papierbasis, das bei Raumtemperatur gestanzt werden kann.

(4) FR-4-Laminat.Epoxid-Glasfaserlaminat, das dem G-10-Laminat sehr ähnlich ist, weist gute elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften auf und kann zu mehrschichtigen Platten verarbeitet werden.Es wird häufig in Industrieprodukten verwendet.

(5) FR-5-Laminat.Es hat ähnliche Eigenschaften wie FR-4, kann aber auch bei höheren Temperaturen eine gute Festigkeit und elektrische Eigenschaften beibehalten.

(6) FR-6-Laminat.Glasfaserlaminat aus Polyesterharz.Die oben genannten Laminate, üblicherweise G-10 und FR-4 für mehrschichtige Leiterplatten, sind relativ kostengünstig und können mit einer Bohrmaschine gebohrt werden, was eine einfache Automatisierung der Produktion ermöglicht.

Nicht-Epoxidharz-Laminate, solche Laminate sind hauptsächlich Polyimidharz-Glasfaserlaminate, Teflon-Glasfaserlaminate, Phenolharz-Laminate auf Papierbasis und so weiter.

(1) Polyimidharz-Glasfaserlaminat.Es kann als starres oder flexibles Substratmaterial für Schaltkreise verwendet werden und ist hinsichtlich Festigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen FR-4-Laminaten überlegen, die üblicherweise in hochzuverlässigen Militärprodukten verwendet werden.

(2)GX- und GT-Laminate.Es handelt sich um Polytetrafluorethylen-Glasfaserlaminate. Die dielektrischen Eigenschaften dieser Materialien können kontrolliert und in Produkten mit strengen Anforderungen an die Dielektrizitätskonstante verwendet werden. Die dielektrischen Eigenschaften von GX sind besser als die von GT und können in Hochfrequenzschaltungen verwendet werden.

(3) XXXP- und XXXPC-Laminate.Es handelt sich um Grundplatten aus Phenolharzpapier, die nur gestanzt und nicht gebohrt werden können. Diese Laminate werden nur für einseitige und doppelseitige Leiterplatten verwendet und können nicht als Rohstoffe für mehrschichtige Leiterplatten verwendet werden.Da sie kostengünstig sind, werden sie häufig als Leiterplattensubstratmaterialien in der zivilen Elektronik verwendet.Für jeden Laminattyp gibt es eine eigene maximale Dauerbetriebstemperatur. Wenn die Betriebstemperatur diesen Temperaturwert überschreitet, verschlechtern sich die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Laminats erheblich und beeinträchtigen sogar die Funktion der Baugruppe.Tabelle 8-5 listet die maximale Dauertemperatur häufig verwendeter Leiterplattenmaterialien auf.Aus der Tabelle lässt sich die maximale Durchgängigkeit des Polyimids erkennen

Aufgrund der höchsten Arbeitstemperatur gehört es zur Kategorie der Hochtemperaturlaminate.Tabelle 8-5 Die höchste Dauertemperatur häufig verwendeter Leiterplattensubstratmaterialien. Der häufig verwendete Zeichencode 3.CCL in der nationalen Norm GB/T 4721-92 stellt das CCL-Produktmodell mit einigen Buchstaben des Alphabets und zwei arabischen Ziffern dar.Der erste Buchstabe C steht für Kupferfolie;die zweiten und dritten beiden Buchstaben geben das im Grundmaterial verwendete Harz an;PE: Phenol EP: Epoxid UP: Polyester SI: Silikon TF: Polytetrafluorethylen PI: Polyimid Der vierte und fünfte Buchstabe geben an, dass es sich um ein Verstärkungsmaterial handelt.CP: Zellulose-/Faserpapier GC: alkalifreies Glasgewebe GM: Säulen-Alkaliglasfaserfilz AC: Aromatisches Polyamidfasergewebe AM: Aromatische Polyamidfaser Wenn Zellulosepapier als Verstärkungsmaterial verwendet und alkalifreies Glasgewebe angebracht wird Bei beiden Flächen wird nach CP 'G' hinzugefügt.Am Ende des Buchstabens ist eine kurze horizontale Linie mit zwei Zahlen verbunden, was darauf hinweist, dass die gleiche Art unterschiedlicher Eigenschaften der Produktnummer vorliegt.Mit flammhemmendem CCL in der Zahl nach dem Buchstaben „F“.

Der in der nationalen Norm GB/T 4721-92 häufig verwendete Zeichencode von CCL besteht aus mehreren Buchstaben und zwei arabischen Ziffern, die das CCL-Produktmodell enthalten.Der erste Buchstabe C steht für Kupferfolie;die zweiten und dritten beiden Buchstaben geben das im Grundmaterial verwendete Harz an;PE: Phenol EP: Epoxid UP: Polyester SI: Silikon TF: Polytetrafluorethylen PI: Polyimid der vierte und fünfte Buchstabe geben das Verstärkungsmaterial an;CP: Zellulose-/Faserpapier GC: alkalifreies Glasgewebe GM: alkalischer Glasfaserfilz AC: aromatisches Polyamidfasergewebe AM: aromatische Polyamidfaser Wenn Zellulosepapier als Verstärkungsmaterial verwendet wird und auf beides alkalifreies Glasgewebe aufgebracht wird Oberflächen wird 'G' nach CP hinzugefügt.Am Ende des Buchstabens ist eine kurze horizontale Linie mit zwei Zahlen verbunden, was darauf hinweist, dass die gleiche Art unterschiedlicher Eigenschaften der Produktnummer vorliegt.Flammhemmendes CCL wird durch das Hinzufügen des Buchstabens „F“ nach der Zahl gekennzeichnet.

Beispiel: CEPCP (G)-23F gibt an, dass das zweiflächige Glasgewebe auf Epoxidpapierbasis mit Flammschutzmittel an der kupferkaschierten Platte befestigt ist.4. Der Kupferfolientyp und die Dicke der Kupferfolie haben einen gewissen Einfluss auf die elektrische Leistung des Produkts. Kupferfolie wird je nach Herstellungsverfahren im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien unterteilt: kalandrierte und elektrolytische Kupferfolie.Kalandrierte Kupferfolie erfordert eine hohe Kupferreinheit (im Allgemeinen ≥99,9 %) und eine gute Elastizität, was für die Herstellung von Hochleistungs-Leiterplatten wie flexiblen Platinen, Hochfrequenz-Signalplatinen usw. geeignet ist und durch den Buchstaben „“ gekennzeichnet ist. W' in der Produktspezifikation.Bei der Herstellung gewöhnlicher Leiterplatten wird elektrolytische Kupferfolie verwendet. Die Reinheit des Kupfers ist etwas geringer als bei der Kalandriermethode (im Allgemeinen 99,8 %) und wird durch den Buchstaben „E“ angezeigt.