ПЕЧАТНАЯ PCB - Подложки PCB с низким CTE

CTE (Коэффициент теплового расширения): указывает скорость размерного расширения материала в ppm/°C (части на миллион на градус по Цельсию) на единицу изменения температуры.

(1) Различия в направлении

Направление X/Y (направление плоскости): обычно доминирует армирующие материалы (например, ткань из стекловолокна), с более низким CTE (например, CTE X/Y FR-4 составляет около 12-14 ppm/°C). Направление Z (направление толщины): доминирует система смолы, с более высоким CTE (например, CTE FR-4 в направлении Z может достигать 50-70 ppm/°C).

(2) Материальная зависимость

Тип смолы: более высокий CTE для эпоксидной смолы, более низкий CTE для политетрафториэтилена (PTFE) или керамических наполненных материалов. Плотность и ориентация ткани из стекловолокна (например, модели 1080, 2116) непосредственно влияют на CTE X/Y.

(3) Диапазон температур

CTE может показывать нелинейные изменения в разных температурных интервалах (например, до и после температуры перехода стекла Tg).

ПХД с низким CTE (коэффициентом теплового расширения) особенно важны в высокоточной электронике, высокочастотных схемах или высокотемпературных средах, поскольку они эффективно минимизируют размерные отклонения и проблемы выравнивания между слоями, вызванные изменениями температуры. Что касается субстратных материалов PCB с низким CTE, то есть:

1. Керамические субстратные материалы

(1) Керамика нитрида алюминия (AlN)

CTE нитрида алюминия около 4,5 ppm / ℃ и кремниевых чипов (CTE около 3 ppm / ℃) близко к устройствам высокой мощности и сценариям точной упаковки. Сценарии применения: светодиоды, модули питания, компоненты РФ и т.д.

(2) Алюминиевая керамика (Al ₂O₃)

CTE алюминия составляет около 6-8 ppm / ° C, что является основным выбором среди традиционных керамических подложек, сочетающих хорошую теплопроводность и механическую прочность.

2. Высокопродуктивные медные ламинаты

(1) Серия высокочастотных материалов Rogers

RT / дуроид серии 6000 (например, RT / дуроид 6002, 6006): использование PTFE (политетрафториэтилена) и керамического композита наполнителя, CTE может быть настолько низким, как 6-10 ppm / ℃, подходящий для высокочастотных схем и аэрокосмических приложений. Серия ro3000: на основе PTFE и керамических стекловолокен, CTE находится в диапазоне 3-10 ppm / ℃. Подходит для применения миллиметровых волн.

(2) Металлические подложки (например, на основе меди, алюминия)

CTE металлических подложек обычно низкий (например, 17 ppm/°C для меди), но благодаря конструкции композитных изоляционных слоев (например, алюминиевых подложек) общая производительность теплового расширения может быть оптимизирована, чтобы приблизиться к низким требованиям CTE.

(3) Модифицированные эпоксидные смолы

Вариант FR-4 с высоким Tg: часть модифицированного материала FR-4 путем регулирования формулы смолы (например, высокое соотношение стекловолокна наполнителя или добавление неорганических наполнителей), может быть направлением X / Y CTE до 10-12 ppm / ℃, хотя и не достигло 6 ppm / ℃, но в общих промышленных приложениях уже высокая производительность. Например: высокий CTI FR-4 или FR-4 без галогена, необходимо проконсультироваться с производителем для индивидуальных параметров.

(4) Специальные высокочастотные материалы

Серия Taconic TLY (например, TLY-3, TLY-5): на основе PTFE и керамического наполнителя, CTE может быть низким до 8-12 ppm/°C, подходит для систем связи и радаров 5G Серия Arlon CLTE: предназначена для низкого теплового расширения, CTE может контролироваться при 8 ppm/°C или менее, подходит для высоконадежной военной техники.

(5) Другие материалы с низким CTE

Гибкие материалы схемы на основе полиимида (PI): гибкая ПХД, используемая в материале PI CTE, составляет около 12-20 ppm / ℃, хотя и немного выше целевого значения, но через многослойную конструкцию структуры может оптимизировать общую производительность. Углеводород + керамические композитные материалы: такие как серия Rogers RO4000, CTE в 10 ppm / ℃ или около того, подходящие для высокоскоростных цифровых схем.

Преимущества материалов PCB с низким CTE

1. Повышенная надежность

Снизить тепловое напряжение: соответствовать CTE чипа (например, кремниевый CTE ≈ 3 ppm/°C) или упаковочного материала, чтобы избежать трещины или делиминации на паевых соединениях. Продолженный срок службы: Подходит для сред с частыми температурными циклами (например, автомобильная электроника, аэрокосмическая промышленность).

2. Улучшенная целостность сигнала

В высокочастотных схемах низкий CTE уменьшает изменения диэлектрической константы (Dk) из-за колебаний температуры и стабилизирует импеданс.

3. Повышенная структурная стабильность

Многослойные платы (такие как ПХД HDI), одна и та же CTE для каждого слоя могут избежать смещения между слоями и улучшить точность выравнивания.

4. Адаптируйтесь к сборке высокой плотности

Поддерживает крошечные подушки (например, BGA, пакеты CSP) и уменьшает сбой паевого соединения из-за расширения.

Типичные сценарии применения для материалов PCB с низким CTE

1. высокочастотные / высокоскоростные схемы

Примеры материалов: серия Rogers RO4000 (CTE≈10 ppm/°C), Taconic RF-35 (CTE≈8 ppm/°C). Применения: базовые станции 5G, радиолокационные станции миллиметровой волны, спутниковая связь.

2. Электронные устройства высокой мощности

Примеры материалов: керамика нитрида алюминия (CTE≈4,5 ppm/°C), металлическая подложка (CTE≈22 ppm/°C на основе алюминия). Применения: модули IGBT, светодиодные подложки теплоотвода, инверторы электромобилей.

3. Устройства для точной упаковки и миниатюризации

Примеры материалов: полиимидный гибкий субстрат (CTE≈12-20 ppm/°C), модифицированный FR-4 (CTE≈10 ppm/°C). Применение: медицинские датчики, носимые устройства, упаковка в масштабе чипов (CSP).

4. Экстремальная окружающая среда Электроника

Примеры материалов: алюминиевая керамика (CTE≈6-8 ppm/°C), подложки, усиленные арамидными волокнами. Применение: оборудование для глубоких скважин, электроника космических аппаратов.

В будущем спрос на материалы с низким уровнем КТЭ будет использовать нанокомпозиты и 3D-печатные субстраты. Нанокомпозиты далее уменьшают КТЭ путем добавления керамических наночастиц (например, SiO). ₂, Al₂O₃). 3 D печатные подложки настраивают распределение CTE, чтобы соответствовать потребностям форматных упаковок.