DFM 101: Материалы печатных плат

Время чтения (слов)

Введение Одной из самых больших проблем, стоящих перед разработчиками печатных плат, является понимание факторов затрат в процессе производства печатных плат. Эта статья является первой в серии, в которой обсуждаются эти факторы затрат (с точки зрения производителя печатных плат) и проектные решения, которые повлияют на надежность продукта.

ДФМ Проектирование для производства (DFM) определяется как практика проектирования печатных плат, которая соответствует не только возможностям производственного процесса сборки заказчика, но и возможностям процесса изготовления платы при минимально возможных затратах. Хотя эти статьи не заменяют раннее взаимодействие с изготовителем печатных плат, они содержат рекомендации, которые помогут вам «проектировать успешно».

Стандартные многослойные материалы Большинство печатных плат производятся с использованием эпоксидно-стеклянных диэлектриков (FR-4) и медной фольги. Печатные платы изготавливаются из трех основных типов материалов: медной фольги, препрега и сердечников.

Рисунок 1: Пример полностью отвержденного стеклоэпоксидного материала с медным ламинированием с обеих сторон.

Высокочастотные (ВЧ/СВЧ) материалы Высокочастотные конструкции (1 ГГц и выше) требуют материалов с тщательно контролируемыми диэлектрическими проницаемостями и коэффициентами рассеяния. Материалы FR-4, обычно используемые для печатных плат, не обладают желаемыми контролируемыми характеристиками. Материалы подложек, используемые для высокочастотных применений, изначально были основаны на рецептурах смол из ПТФЭ, которые имели желаемые свойства, т.е. диэлектрическую проницаемость, контролируемую до ±0,04, и коэффициент рассеяния до 0,0004. Эти значения могут несколько отличаться в зависимости от типа материала и поставщика. Сегодня на рынке представлен ряд материалов, которые не содержат ПТФЭ, но имеют контролируемые значения, которые можно использовать для высокочастотных применений.

Типы материалов Существует три основных типа материалов: нетканое стекло, тканое стекло и наполненное стекло. Обозначения военных спецификаций: GR (нетканый материал) и GT, GX и GY (тканый материал). Заполняемый материал не имеет обозначения.

Нетканые материалы содержат в основе дисперсию стеклянных микроволокон. Обычно это материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (2,20-2,35). Они очень хорошо работают на более высоких частотах, поскольку коэффициент рассеивания низкий.

Типы медной фольги Доступны два типа медной фольги; электроосажденные (ЭД) и прокатано-отожженные (РА). Разница между этими пленками заключается в процессе изготовления и обработке обратной стороны для улучшения адгезии.

1. Электроосажденная медь (ED) изготавливается путем гальванопокрытия меди на вращающийся барабан, в результате чего образуется вертикально ориентированная структура зерен (рис. 2). Напротив поверхности барабана медное покрытие шероховатое, почти как «зубцы», и усилено дальнейшей обработкой. Зубья обеспечивают более высокую прочность на отслаивание, но могут увеличить потери в проводнике на высоких частотах из-за глубины зубцов.

Рисунок 2: Электроосажденная медь, полученная гальванопокрытием на вращающемся барабане.

2. Прокатно-отожженная медь (РА) изготавливается путем прокатки слитка в очень тонкую фольгу. Зернистая структура горизонтально ориентирована. Прокатка вызывает напряжение в фольге, и для снятия напряжения ее необходимо подвергнуть термическому отжигу. Прокатная отожженная медь имеет одинаковую отделку с каждой стороны, что требует искусственного создания зубьев на обратной стороне. Эти зубцы составляют примерно половину глубины электроосажденной меди. Это приводит к тому, что прокатанная отожженная медь имеет примерно вдвое меньшую прочность на отслаивание, чем электроосажденная медь. Это означает, что прокатанная отожженная медь лучше работает на частотах выше 13 ГГц.

Рисунок 3. Прокатно-отожженная (RA) медь изготавливается путем прокатки слитка в очень тонкую фольгу.

Сила отслаивания — это величина силы в фунтах на дюйм, которую необходимо приложить, чтобы полоса медной фольги шириной 1 дюйм оторвалась от подложки. Типичные значения для электроосажденной (ED) меди весом 1 унция составляют 9–11 фунтов на дюйм, а для прокатано-отожженной (RA) меди весом 1 унция составляют 4–6 фунтов на дюйм. Поскольку дорожки цепи становятся уже, прочность на отслаивание снижается. Поэтому при пайке и склеивании узких дорожек требуется большая осторожность.