Deska plošných spojů Isola P25N pro vysokoteplotní beztekuté prepregové spojování

Projekt P25N není rutinní požadavek na nahrazení jedné značky laminátu jinou. Isola P25N je speciální polyimidový prepreg UL HB No-Flo® používaný jako řízená spojovací vrstva v plošných spojích, které netolerují běžné zaplavení pryskyřicí. Mezi typické příklady patří spojování chladičem, desky s dutinami pro plošné spoje, konstrukce s přímým uchycením čipů, přechodové oblasti mezi pevnými a flexibilními materiály a vícevrstvé desky ze smíšených materiálů s otvory nebo blokovacími zónami.

Cílem inženýrství proto není „použít materiál s velmi vysokým Tg“. Jde o vytvoření opakovatelné spojovací linie a zároveň kontrolu pohybu pryskyřice, smáčení povrchu, rizika vzniku dutin, vytvrzené tloušťky a adheze k odlišným povrchům. Spolehlivá separační metoda P25N musí propojit druh materiálu se stylem skla, počtem vrstev, skladovacími podmínkami, přípravou povrchu, lisovacím cyklem, místní topografií mědi, geometrií dutiny a přejímacími zkouškami.

Proč se P25N používá pro lepení bez tečení

Standardní prepreg je navržen tak, aby během laminace změkčil a roztekl. Tento pohyb pomáhá zapouzdřit vnitřní vrstvu mědi a vyplnit normální topografii, ale stejné chování se může stát mechanismem defektů kolem dutin, výřezů, odkrytých ohybových ploch, zapuštěných rozvaděčů tepla nebo zapuštěných zón součástek. Pryskyřice může migrovat do dutiny, zakrýt spojovací plošku, zmenšit vůli, vytvořit nerovný zaoblení nebo zanechat zamýšlenou spojovací linii příliš tenkou.

P25N je vyroben pro minimální a rovnoměrný tok. Isola jej umisťuje do aplikací s plošnými spoji za vysokých teplot a jako reprezentativní použití uvádí spojování chladičů, desky s dutinami, přímé uchycení čipů a vícevrstvé tuhé a flexibilní materiály. Jeho hodnota spočívá v kombinaci vlastností polyimidu za vysokých teplot s řízenou reologií, nikoli pouze v teplotě klesající teploty (Tg).

Kde běžný prepreg představuje riziko

Konvenční systém s tekutou pryskyřicí může v dutině nebo konstrukci ze smíšených materiálů způsobit několik režimů selhání:

• vniknutí pryskyřice do dutin součástek, optiky, senzorů nebo mikrovlnných zařízení;
• nedostatek materiálu na hraně spoje, protože pryskyřice se posunula od rozhraní;
• změna tloušťky spojové linie, která mění koplanaritu nebo tepelný odpor;
• kontaminace odkryté mědi, ohebných vodičů, oblastí konektorů nebo kovových povrchů;
• lokální dutiny způsobené zachyceným vzduchem nebo nedostatečným smáčením v okolí strmé topografie;
• deformace způsobená nerovnoměrným rozložením pryskyřice a mědi.

Pro tyto struktury je správná revize beztekutá spojovací cesta prepregů, nejedná se o obecnou recenzi vícevrstvého vrstvení.

Žádný tok neznamená nulový pohyb

„Beztečení“ je klasifikace řízeného procesu, nikoli záruka, že pryskyřice zůstane rozměrově zmrazená. P25N musí i tak dostatečně změknout, aby smáčel povrchy, přizpůsobil se mikrodrsnosti a vytvořil adhezi. Zpracovatel musí vyvážit tři protichůdné výsledky: dostatečný pohyb pro spojení, nedostatečný pohyb pro kontaminaci omezených oblastí a dostatečný objem pryskyřice, aby se zabránilo vzniku dutin nebo nedostatku materiálu.

Proto je nutné společně posuzovat hloubku dutiny, lokální procento mědi, povrchovou úpravu, styl skla a počet vrstev. Konstrukce, která funguje na plochém vzorku, se může chovat odlišně v blízkosti silné měděné plochy, pokovené stěny dutiny, niklovaného povrchu, hrany flexibilního krycího filmu nebo kovového rozvaděče tepla.

Snímek materiálu pro technické vydání

Níže uvedené hodnoty jsou referenční údaje výrobce a pokyny pro zpracování. Jsou užitečné pro plánování vydání, ale nepředstavují zaručené specifikace hotové desky. Před výrobou by měly být aktuální datový list a návod k zpracování P25N porovnány s přesnou šarží a konstrukcí.

Uvolněte konstrukci, nejen název značky

Výrobní výkres, který uvádí pouze „P25N“, ponechává příliš mnoho proměnných otevřených. Výkres skládání nebo spojování by měl uvádět typ prepregu, konstrukci dodavatele, počet vrstev, cílenou tloušťku vytvrzené spojové linie, oblast spoje, hranici omezeného toku, povrchové materiály, hmotnosti mědi, lokální reliéfy a jakékoli limity čistoty dutiny.

Je také užitečné zjistit, zda P25N spojuje polyimid s polyimidem, polyimid s epoxidem, měď s dielektrikem, upravenou měď s kovem nebo jinou kombinaci. Stejný lisovací cyklus může na různých površích vést k různým výsledkům adheze a toku.

Neprůtokové stohování prepregů a regulace průtoku pryskyřice

Neprůtokový systém musí být navržen s ohledem na objem a geometrii pryskyřice. Výrobce by měl odhadnout, kolik pryskyřice je potřeba k navlhčení povrchů, vyplnění mikrotopografie, přizpůsobení se měděným prvkům a zachování konečné spojovací linie bez vstupu do omezené oblasti. Výpočet je lokálnější než běžná kontrola vícevrstvé pryskyřičné výplně, protože výsledek může být dominantní v závislosti na okraji dutiny nebo obvodu chladiče.

Počet vrstev a styl skla

Isola doporučuje, že dvě vrstvy obecně poskytují nejlepší výsledek, protože jedna tenká vrstva nemusí během laminace poskytnout dostatečné odpružení. Dvě vrstvy mohou zlepšit konformitu, snížit riziko protlačení skla a poskytnout dodatečný objem pryskyřice kolem malých nerovností povrchu. Více vrstev však také zvyšuje tloušťku spoje a může ovlivnit výšku schodu, koplanaritu, rozměrové tolerance a délku tepelné dráhy.

Vybraný styl skla by měl být posouzen z hlediska:

• jmenovitá a lisovaná tloušťka;
• obsah pryskyřice a rozsah kruhového toku;
• schopnost přizpůsobit se měděným schodům nebo obrobeným prvkům;
• riziko odkrytí skla na frézovaných nebo dutých hranách;
• kompatibilita s požadovaným dielektrickým odstupem;
• regionální dostupnost a konzistence mezi jednotlivými šaržemi.

Ověření příchozího toku

Společnost Isola popisuje testování kruhovým tokem jako způsob kontroly reologie prepregu bez tečení. Výrobce by neměl předpokládat, že nominální kategorie tečení dodavatele bude reprodukovat stejný výsledek v každé geometrii desky. Praktický kontrolní plán koreluje výsledek kruhového toku vstupního materiálu se skutečným výrobním postupem a poté ověří každou výrobní šarži oproti schválenému rozsahu.

U vysoce hodnotných dutinových nebo tuho-flexibilních sestav může tato vstupní zkouška zabránit ztrátě celého panelu způsobené neočekávanou změnou pohybu pryskyřice. Součástí stejného procesu přejímky by měla být vizuální kontrola vstupního materiálu, skladovacího záznamu, integrity pytlů a expozice v místnosti pro skladování.

Konstrukce ze smíšených materiálů a RF

P25N se někdy používá ke spojení vysokofrekvenčního laminátu, polyimidu, kovu nebo konvenčních tuhých podsestav. V takové situaci musí konstrukční tým porovnat teplotu vytvrzování, součinitel tepelné roztažnosti (CTE), chemii povrchu, úpravu mědi, chování vůči vlhkosti a rozměrový pohyb každého materiálu v pouzdře. Přehled materiálových skupin Rogers může pomoci identifikovat, které vlastnosti sousedících RF laminátů je třeba zkontrolovat před zmrazením hybridního vrstvení.

Od linie spoje bez tečení by se nemělo požadovat, aby kompenzovala nekontrolovaný nesoulad CTE nebo nekompatibilní okno vytvrzování. Pokud se okolní materiály během zahřívání a ochlazování pohybují odlišně, výsledné smykové napětí se může projevit jako zvedání hran, praskání pryskyřice, poškození flexibilního rozhraní nebo deformace po montáži.

Okno pro vysokoteplotní laminaci

Zpracování P25N vyžaduje řízenou tepelnou a tlakovou historii. Průvodce Isola uvádí spíše počáteční podmínky než univerzální recept a výslovně ukládá konečnou odpovědnost za proces výrobci. Tloušťka desky, hmotnost, konstrukce dutiny, typ lisu, rozložení mědi a obkladové materiály mohou vyžadovat úpravu.

Skladování, ukládání a sušení

P25N je hygroskopický. Materiál by měl zůstat během skladování v původním uzavřeném obalu, měl by být spravován metodou FIFO a měl by se nechat vyrovnat před otevřením sáčku po vyjmutí z chladného skladu. Vlhkost v místnosti, kde je skladován, a doba expozice by měly být kontrolovány, protože vlhkost může snížit viskozitu taveniny, prodloužit okno tečení, snížit teplotu spotřeby (Tg) a narušit proces vytvrzování.

Povrchy musí být suché. Isola doporučuje sušení připravených vnitřních vrstev a upozorňuje, že polyimidovým vrstvám je třeba před laminací věnovat zvláštní pozornost. Cílem je nejen zabránit vzniku pórů, ale také zachovat zamýšlenou reologii a přilnavost systému proti tečení.

Příprava povrchu a zlepšení vazby

Pryskyřice s netekoucím účinkem má menší šanci překonat špatnou přípravu povrchu než vysoce tekutá pryskyřice. Měděné povrchy by měly být ošetřeny schváleným oxidem nebo oxidem nahrazujícím ošetření. Flexibilní fólie nebo neplátovaný laminát by měly být čisté a vhodně zdrsněné. Kovové nebo metalizované povrchy mohou vyžadovat řízené obrušování, plazmové ošetření, honování napařováním nebo jinou validovanou metodu.

Lesklý nikl je obzvláště náročný, protože poskytuje omezené mechanické spojení a může mít povrchové chemické složení, které odolává adhezi. Každá neobvyklá kovová úprava by měla být před výrobou ověřena pomocí vzorkových zkoušek. Plán přijetí by měl zahrnovat zkoušku odlupováním, smykem přesahujícím tloušťku, zkoušku průřezem nebo jinou zkoušku, která reprezentuje skutečné rozhraní.

Proměnné lisovacího cyklu pro kvalifikaci

Přesný cyklus by měl být založen na aktuálním průvodci Isola a lisovacích schopnostech výrobce. Následující proměnné musí být zdokumentovány a kvalifikovány:

1. prodleva podtlaku před dosažením plného tlaku;
2. teplotní rampa v rozsahu měknutí a toku pryskyřice;
3. bod, ve kterém je aplikován plný tlak;
4. teplota a doba vytvrzování nad požadovanou prahovou hodnotou;
5. úroveň tlaku a jakékoli snížení tlaku během vytvrzování;
6. teplota chlazení před otevřením lisu;
7. umístění termočlánku v tlustých nebo tepelně asymetrických pouzdrech.

V příručce se obecně preferuje jednostupňový cyklus. Počáteční přístup „potisku s tlakem“ může změnit tok a zachytit těkavé látky, pokud není konkrétně validován. Silné panely a konstrukce s kovovou podložkou mohou vyžadovat delší dobu, než střed obalu dosáhne vytvrzovací teploty.

Kontrola po laminaci

Inspekce by měla být navržena s ohledem na skutečné způsoby selhání. Mezi užitečné kontroly patří kontaminace dutin, tloušťka spoje, ústup hran, póry, lokální nedostatek pryskyřice, delaminace, registrace, rovinnost panelu a rozměrový pohyb. Průřezy by měly být prováděny nejobtížnější geometrií, nikoli snadnou plochou oblastí.

Pokud dochází k otřepům, Isola doporučuje frézování spíše než stříhání, aby se snížilo riziko praskání na hranách. Tento detail by měl být uveden v pokynech k frézování pro výrobní šarže.

P25N vs. standardní polyimidové prepregy

P25N a standardní polyimidový prepreg mohou sdílet vysokoteplotní chemické vlastnosti, ale řeší odlišné výrobní problémy. Srovnání musí zahrnovat reologii a geometrii vazby, nejen Tg a Td.

Když je P25N špatná volba

P25N by se neměl volit jen proto, že deska bude vystavena vysokým teplotám. Pokud konstrukce vyžaduje značný tok pryskyřice k vyplnění silné mědi, širokých leptaných oblastí nebo hluboké topografie, může systém bez toku zanechat dutiny nebo suché rozhraní. Stejně tak se nejedná o nízkoztrátový VF materiál a neměl by se volit pro zlepšení vložného útlumu.

Standardní polyimid nebo jiný vysokoteplotní prepreg může být vhodnější, pokud je hlavní potřebou celoplošné zapouzdření. Konečná volba by měla být učiněna na základě studie objemu pryskyřice a reprezentativní laminační zkoušky.

Reference výrobce

• Produktová stránka Isola P25N
• Návod na zpracování Isola P25N
• Datový list Isola P25N