ПЕЧАТНАЯ PCB - Что такое субстрат?

В современной электронной промышленности подложка служит важнейшей опорной конструкцией, соединяющей и стабилизирующей электронные компоненты. Это не только основной компонент печатных плат, но и широко используемый в упаковке микросхем, дисплеях и различных электронных устройствах. С быстрым развитием технологий технология изготовления подложек постоянно совершенствовалась: от традиционных жестких подложек к гибким подложкам, а затем к современным стеклянным и керамическим подложкам. Ее функции расширились от простой механической фиксации до эффективных электрических соединений и терморегулирования. Согласно отраслевым данным, мировой рынок печатных плат превысил 80 миллиардов долларов, и подложка, как его основа, напрямую влияет на надежность и производительность электронных изделий.

Подложка - это основной материал, используемый для крепления электронных компонентов (таких как микросхемы, резисторы и конденсаторы). Обычно она изготавливается из изоляционных материалов, таких как эпоксидная смола, стекловолокно или керамика, и покрывается проводящим слоем, таким как медная фольга, для формирования контура. Проще говоря, подложка действует как "каркас" электронного устройства, обеспечивая механическую поддержку и одновременно гарантируя, что электрические соединения между компонентами не выйдут из строя из-за вибрации, теплового расширения и сжатия или других внешних факторов. В электронной технике термин "фиксация" подложки имеет два значения: во-первых, сама подложка закрепляется внутри корпуса или рамы устройства; во-вторых, компоненты крепятся к подложке. Например, при упаковке чипов матрица для изготовления пластин крепится к подложке с помощью процесса склеивания, образуя законченный модуль интегральной схемы. Для такого крепления требуется не только механическая прочность, но и электрические характеристики и теплопроводность. Склеивание - важнейший этап в производстве полупроводников, заключающийся в креплении матрицы к подложке для предотвращения ее падения или короткого замыкания при последующем использовании.

субстрат

Выбор материала подложки напрямую определяет ее надежность крепления. Распространенные материалы включают FR-4, который доступен по цене и обладает механической прочностью, что делает его подходящим для бытовой электроники; керамические подложки, которые обладают термостойкостью и используются в устройствах высокой мощности; и стеклянные подложки, которые обычно используются в дисплеях и высококачественных чипах, которые обладают превосходной плоскостностью и оптическими свойствами. Эти материалы обеспечивают устойчивость основания в процессе закрепления и предотвращают деформацию.

Существует несколько типов крепежных подложек.

Жесткая подложка: Это наиболее распространенный тип, изготовленный из твердых материалов, таких как FR-4 или металлические подложки. Они обеспечивают прочную монтажную платформу, подходящую для применений, требующих высокой стабильности, таких как настольные компьютеры и автомобильная электроника. Жесткие подложки обладают преимуществом высокой стойкости к изгибу, но им не хватает гибкости, и они не могут адаптироваться к криволинейным конструкциям.

Гибкие подложки: Изготовленные из мягких материалов, таких как полиимид (PI), они легко сгибаются и складываются и широко используются в носимых устройствах и смартфонах. В процессе монтажа используются специальные клеи, которые предотвращают выпадение компонентов при сгибании. Рынок гибких подложек быстро растет; согласно статистике, ожидается, что к 2024 году мировой рынок гибких печатных плат достигнет 15 миллиардов долларов.

Жесткие гибкие подложки: Сочетая в себе преимущества жесткости и гибкости, они используются в сложных электронных системах, таких как медицинские приборы и авиационное оборудование. Они позволяют фиксировать компоненты в одних местах и обеспечивают динамическое соединение в других, что значительно улучшает использование пространства.

Стеклянные подложки: в основном используются в жидкокристаллических дисплеях (LCD) и OLED-панелях, а также в усовершенствованной упаковке микросхем. Стеклянные подложки отличаются высокой плоскостью и позволяют точно закрепить компоненты микронного размера. С 1970-х годов стеклянные подложки превратились из простых опор в высокоточные держатели, позволяющие интегрировать большее количество транзисторов. Кроме того, металлические подложки используются в системах с высокой температурой, таких как светодиодное освещение, для обеспечения быстрого отвода тепла и предотвращения выхода компонентов из строя из-за перегрева.

Процесс закрепления подложек занимает центральное место в производстве электроники и включает в себя два этапа: монтаж компонентов и установку подложки.

Во-первых, монтаж компонентов в основном основан на технологии склеивания. При традиционном соединении используется припой или токопроводящий клей для крепления чипа к подложке; современные методы включают ультразвуковое соединение и лазерное соединение, которые повышают точность и скорость. В производстве печатных плат широко используется технология поверхностного монтажа (SMT): компоненты крепятся к поверхности подложки с помощью пайки оплавлением, обеспечивая надежное электрическое соединение.

Во-вторых, сама подложка крепится с помощью направляющих, винтов или систем защелкивания. При сборке устройств направляющие для монтажа печатных плат используются для предотвращения смещения, вызванного вибрацией, особенно в автомобилестроении и промышленности. В современных конструкциях особое внимание уделяется безвинтовому монтажу с использованием пазов или клеев для упрощения процесса и повышения эффективности производства.

В секторе бытовой электроники смартфоны и планшеты используют печатные платы для защиты множества компонентов и обеспечения высокоскоростной передачи данных. Компания Ansys отмечает, что печатные платы - это механические подложки, используемые для защиты компонентов схем и необходимые практически для всех современных устройств.

В автомобильной электронике жесткие подложки защищают датчики и модули управления, обеспечивая технологию автономного вождения. В системах управления аккумуляторами электромобилей используются металлические подложки для защиты силовых компонентов и управления нагревом.

В медицинских приборах, таких как пульсометры, используются гибкие подложки, которые для удобства можно прикреплять к изогнутым поверхностям тела. Аэрокосмическая промышленность предпочитает керамические подложки, которые выдерживают экстремальные условия эксплуатации и обеспечивают стабильную спутниковую связь.

Кроме того, в эпоху 5G и искусственного интеллекта стационарные подложки поддерживают интеграцию с высокой плотностью, например, подложки HDI (high-density interconnect), которые могут обеспечить защиту большего количества уровней схемы и повысить производительность.