วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์: คู่มือการเลือกทางเทคนิค

บทนำ

วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ต้องเผชิญกับความต้องการพิเศษในการส่งสัญญาณ RF การกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูง การจัดการพลังงาน และสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง วัสดุซับสเตรตเป็นตัวกำหนดความสมบูรณ์ของสัญญาณ ประสิทธิภาพความร้อน และความน่าเชื่อถือของการประกอบโดยตรง

คู่มือนี้จะตรวจสอบ วัสดุ สำหรับแผงวงจรพิมพ์เซมิคอนดักเตอร์โดยพิจารณาจากสามประเด็นสำคัญ ได้แก่ ประเภทของวัสดุและคุณสมบัติทางกายภาพ ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักที่ขับเคลื่อนการเลือกวัสดุ และกรอบการตัดสินใจเชิงปฏิบัติสำหรับการจับคู่วัสดุกับแอปพลิเคชันเฉพาะ

เหตุใดวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์จึงมีความสำคัญ

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (Dk) และค่าแฟกเตอร์การกระจายตัว (Df) เป็นตัวกำหนดคุณภาพการส่งสัญญาณในวัสดุ PCB สารกึ่งตัวนำ ค่า Dk ที่ต่ำกว่าจะช่วยลดความล่าช้าในการแพร่กระจายสัญญาณและลดความแปรผันของอิมพีแดนซ์ ในขณะที่ค่า Df ที่ต่ำกว่ามีความสัมพันธ์โดยตรงกับการสูญเสียสัญญาณแทรกที่ลดลงที่ความถี่สูง ค่าแทนเจนต์การสูญเสียมีความสำคัญอย่างยิ่งที่ความถี่สูงกว่า 10 GHz ซึ่งแม้แต่ความแปรผันของวัสดุเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนของเฟสที่วัดได้

ข้อกำหนดการจัดการความร้อน

ค่าการนำความร้อนเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพการกระจายความร้อนจากส่วนประกอบที่ใช้งานไปยังฮีตซิงก์ภายนอกหรืออากาศแวดล้อม ความไม่สมดุลของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ระหว่างวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์และไดซิลิกอนก่อให้เกิดความเค้นเชิงกลระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความเค้นนี้จะรวมตัวที่จุดบัดกรีและจุดยึดลวด ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพจากความล้าเร็วขึ้น วัสดุที่มีค่า CTE ใกล้เคียงกับซิลิกอน (ประมาณ 2.6 ppm/°C) แสดงให้เห็นถึงความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่เหนือกว่า

ความต้องการวัสดุบรรจุภัณฑ์

แผ่นรองรับบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่าแผ่นวงจรพิมพ์ทั่วไป ความกว้างของเส้นต่ำกว่า 25 ไมโครเมตร ความคลาดเคลื่อนในการจัดเรียงชั้นต่ำกว่า 15 ไมโครเมตร และวงจรการหลอมละลายที่อุณหภูมิสูงหลายรอบ ทำให้วัสดุต้องมีความเสถียรทางมิติเป็นพิเศษ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้วที่สูงกว่า 170°C ช่วยป้องกันการบิดเบี้ยวและการแยกชั้นระหว่างกระบวนการประกอบแบบไร้สารตะกั่วที่อุณหภูมิสูงถึง 260°C

ประเภทของวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์

ลามิเนตอีพ็อกซี FR-4 ที่มี Tg สูงและดัดแปลง

FR-4 ที่มี Tg สูงมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วอยู่ระหว่าง 170°C ถึง 180°C เมื่อเทียบกับ FR-4 มาตรฐานที่ 130-140°C วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้รักษาเสถียรภาพเชิงมิติด้วยโปรไฟล์รีโฟลว์ที่ปราศจากสารตะกั่ว โดยทั่วไปค่าคงที่ไดอิเล็กทริกจะอยู่ระหว่าง 4.2 ถึง 4.6 ที่ความถี่ 1 เมกะเฮิรตซ์ โดยมีปัจจัยการกระจายตัวอยู่ที่ประมาณ 0.020

FR-4 ที่มี Tg สูง คุ้มค่าสำหรับวงจรดิจิทัลที่ทำงานต่ำกว่า 1 GHz เหมาะสำหรับแผงวงจรจ่ายไฟและอินเทอร์เฟซความเร็วปานกลาง อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลง Dk ตามความถี่และอุณหภูมิจำกัดการใช้งาน RF ที่มีความแม่นยำ ค่าการนำความร้อนยังคงอยู่ในระดับปานกลางที่ 0.3-0.4 W/m·K ซึ่งต้องออกแบบระนาบทองแดงอย่างระมัดระวังเพื่อให้กระจายความร้อนได้อย่างเพียงพอ

โพลีอิไมด์และลามิเนตทนอุณหภูมิสูง

วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ ที่ทำจากโพลีอิไมด์สามารถทนต่อการใช้งานต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 200°C โดยมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วสูงกว่า 250°C ความเสถียรทางความร้อนนี้ช่วยให้สามารถใช้งานซ้ำหลายรอบโดยไม่เกิดการแยกชั้นหรือการบิดเบี้ยวของขนาด ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ประมาณ 12-16 ppm/°C ช่วยให้เข้ากันได้ดีกับแพ็คเกจเซรามิกมากกว่าเรซินอีพ็อกซีมาตรฐาน

วัสดุเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์ใต้ฝากระโปรงรถยนต์ การใช้งานในอวกาศ และบรรจุภัณฑ์แบบฟลิปชิปขั้นสูงที่มีวงจรความร้อนเกิน 1000 รอบ ข้อเสียคือวัสดุ PTFE ดูดซับความชื้นได้สูงกว่า และมีปัจจัยการกระจายตัวที่สูงกว่าเล็กน้อยที่ 0.008-0.012 ที่ความถี่ 10 GHz

วัสดุ PTFE และ PTFE-คอมโพสิต

PTFEบริสุทธิ์ให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมด้วยค่า Dk 2.1 และค่าตัวประกอบการสูญเสียต่ำกว่า 0.0002 ในช่วงความถี่ไมโครเวฟ วัสดุคอมโพสิต PTFE-เซรามิกช่วยเพิ่มค่า Dk เป็น 2.2-10.2 สำหรับการออกแบบอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ ในขณะที่ยังคงรักษาค่า Df ให้ต่ำกว่า 0.002 วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการกระจายตัวของไดอิเล็กตริกน้อยที่สุดจนถึง 77 GHz

เสาอากาศแบบอาร์เรย์คลื่นมิลลิเมตร เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ และเส้นทาง RF ที่จับคู่เฟสอย่างแม่นยำ ล้วนต้องการความเสถียรของ PTFE ความท้าทายประกอบด้วยการยึดเกาะของทองแดงที่อ่อนแอ ซึ่งต้องใช้การเคลือบผิวแบบพิเศษและการขยายตัวทางความร้อนสูง (CTE 70-100 ppm/°C สำหรับ PTFE บริสุทธิ์) คอมโพสิต PTFE ที่เติมเซรามิกช่วยลด CTE ลงเหลือ 24-30 ppm/°C พร้อมกับเพิ่มความแข็งแรงเชิงกล

พื้นผิวเซรามิก

วัสดุตั้งต้นอะลูมินา (Al₂O₃)ให้ค่าการนำความร้อน 24-28 วัตต์/เมตร·เคลวิน โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) 6.5-7 ppm/°C ในขณะที่อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) ให้ค่าการนำความร้อนสูงกว่า 170 วัตต์/เมตร·เคลวิน พร้อมกับรักษาค่าความเป็นฉนวนไฟฟ้าได้สูงกว่า 10¹⁴ โอห์ม·เซนติเมตร วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ช่วยให้สามารถยึดชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เข้ากับแผงวงจรได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้วัสดุเชื่อมต่อความร้อนที่เป็นพอลิเมอร์

เครื่องขยายสัญญาณ RF กำลังสูง โมดูล IGBT และชุด LED ใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเซรามิก อะลูมินามีราคาถูกกว่าแต่ต้องการวัสดุรองรับที่หนากว่าเพื่อการกระจายความร้อนที่เหมาะสม ค่าการนำไฟฟ้าที่เหนือกว่าของ AlN ช่วยให้ออกแบบได้บางลงและมีความต้านทานความร้อนต่ำลง กลไกการแตกหักแบบเปราะบางจำเป็นต้องได้รับการดูแลอย่างระมัดระวังระหว่างการประกอบ

แผ่นลามิเนต RF เฉพาะทาง

วัสดุเคลือบพิเศษที่มีการสูญเสียต่ำและวัสดุไฮโดรคาร์บอน-เซรามิกที่คล้ายคลึงกันนั้น ให้ความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความสามารถในการผลิต คุณสมบัติทั่วไป ได้แก่ ค่า Dk อยู่ที่ 3.38-3.48 โดยมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำกว่า 50 ppm/°C และค่า Df ต่ำกว่า 0.004 ที่ 10 GHz วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้สามารถแปรรูปได้โดยใช้เครื่องจักร PCB มาตรฐาน ในขณะที่ให้ความเสถียรระดับ RF

เครือข่ายตัวกรอง วงจรจับคู่เครื่องขยายเสียง และส่วนหน้าของเรดาร์ได้รับประโยชน์จากค่าความคลาดเคลื่อน Dk ที่แคบ (±0.05) และการดูดซับความชื้นต่ำกว่า 0.06% ซึ่งแตกต่างจาก PTFE บริสุทธิ์ ลามิเนตเหล่านี้สามารถชุบผ่านรูและโครงสร้างหลายชั้นด้วยพรีเพร็กทั่วไปได้ ต้นทุนระหว่างคอมโพสิต FR-4 ที่มี Tg สูงและ PTFE ทำให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิต RF จำนวนมาก

แกนโลหะและวัสดุฐานโลหะที่เป็นฉนวน

แผ่นฐานอะลูมิเนียมหรือทองแดงนำความร้อนโดยตรงจากพื้นผิวการติดตั้งส่วนประกอบไปยังฮีตซิงก์หรือแชสซี ชั้นไดอิเล็กทริกที่มีขนาดตั้งแต่ 50 ถึง 200 ไมโครเมตรจะแยกวงจรออกจากแกนโลหะ ค่าความต้านทานความร้อนจะอยู่ที่ 0.5-2 °C·cm²/W ขึ้นอยู่กับความหนาของไดอิเล็กทริกและค่าการนำความร้อน

อาร์เรย์ LED กำลังสูง, มอเตอร์ไดรฟ์ และวงจรกระแสสูงแบบด้านเดียว ใช้วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์แบบแกนโลหะสำหรับการจัดการความร้อน โดยทั่วไปแล้ว ซับสเตรตเหล่านี้รองรับวงจรแบบด้านเดียวหรือสองด้านเท่านั้น ซึ่งจำกัดความซับซ้อนในการกำหนดเส้นทางเมื่อเทียบกับซับสเตรตเซรามิกหรือออร์แกนิกแบบหลายชั้น

กรอบการตัดสินใจเลือกวัสดุ

การเลือกตามความถี่

ความถี่ในการทำงานกำหนดขอบเขตวัสดุเริ่มต้นสำหรับวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์:

• ต่ำกว่า 1 GHz – FR-4 ที่มีค่า Tg สูงช่วยให้มีเสถียรภาพทางไฟฟ้าที่เพียงพอสำหรับวงจรดิจิทัลและวงจรแอนะล็อกความเร็วปานกลางส่วนใหญ่ พร้อมด้วยข้อได้เปรียบด้านต้นทุน
• ช่วงความถี่ 1-10 GHz – วัสดุที่มีค่า Df ต่ำและมีตำแหน่ง Dk ที่เสถียร เช่น วัสดุเคลือบแบบลามิเนตชนิดสูญเสียต่ำ และวัสดุคอมโพสิต PTFE เป็นตัวเลือกหลักสำหรับการรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ
• สูงกว่า 20 GHz – วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ PTFE ช่วยลดการสูญเสียการแทรกและการบิดเบือนเฟสในแอปพลิเคชันคลื่นมิลลิเมตร
• แอปพลิเคชันบรอดแบนด์ – วัสดุที่มีการกระจาย Dk น้อยที่สุดในความถี่ช่วยป้องกันการเปลี่ยนแปลงความล่าช้าของกลุ่มในระบบแบนด์กว้าง

การพิจารณาความหนาแน่นของพลังงาน

ความต้องการฟลักซ์ความร้อนเป็นตัวกำหนดการเลือกวัสดุระบายความร้อน การกระจายความร้อนที่ต่ำกว่า 5 วัตต์/ตารางเซนติเมตร ช่วยให้สามารถใช้วัสดุอินทรีย์ทั่วไปที่มีรูทะลุความร้อนและแผ่นทองแดงได้ ฟลักซ์ความร้อนตั้งแต่ 5-15 วัตต์/ตารางเซนติเมตร จำเป็นต้องใช้โครงสร้างแกนโลหะหรือโครงสร้างทองแดงหนาที่มีอาร์เรย์รูทะลุความร้อนที่ปรับปรุงใหม่ การใช้งานที่เกิน 15 วัตต์/ตารางเซนติเมตร จำเป็นต้องใช้วัสดุเซรามิกหรือโครงสร้างแบบไฮบริดที่รวมเกาะเซรามิกเฉพาะที่เข้ากับชั้นการเรียงตัวแบบอินทรีย์

ข้อกำหนดช่วงอุณหภูมิ

ช่วงอุณหภูมิแวดล้อมเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของวัสดุสำหรับวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ มาตรฐานอุตสาหกรรม (-40 ถึง 85°C) เหมาะสำหรับวัสดุอีพอกซีที่มี Tg สูง การใช้งานใต้ฝากระโปรงรถยนต์และอากาศยานที่ต้องการการทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิ -55 ถึง 150°C จำเป็นต้องใช้ระบบที่ใช้โพลีอิไมด์ อุณหภูมิรีโฟลว์สูงสุดที่สูงกว่า 260°C หรือวงจรความร้อนหลายรอบจะเอื้อต่อระบบโพลีอิไมด์หรืออีพอกซีประสิทธิภาพสูงที่ผ่านการทดสอบความทนทานต่อการแยกชั้น

ความเข้ากันได้ของกระบวนการผลิต

ความสามารถของกระบวนการประกอบช่วยปิดวงจรการคัดเลือก สายการผลิต SMT มาตรฐานสามารถประมวลผลแผ่นลามิเนต FR-4 และแผ่นลามิเนตชนิดพิเศษที่มีการสูญเสียต่ำโดยไม่ต้องดัดแปลงอุปกรณ์ วัสดุ PTFE ต้องใช้พารามิเตอร์การเจาะที่ปรับเปลี่ยน การบำบัดด้วยพลาสมาเพื่อเพิ่มการยึดเกาะ และรอบการกดที่ควบคุมได้ พื้นผิวเซรามิกต้องการอุปกรณ์เคลือบโลหะแบบพิเศษและกระบวนการบัดกรีหรือการเชื่อมประสานที่อุณหภูมิสูง ซึ่งไม่เข้ากันกับส่วนประกอบอินทรีย์

ข้อควรพิจารณาในการผลิตวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์

ฟอยล์ทองแดงและพื้นผิวสำเร็จ

การเลือกใช้แผ่นทองแดงมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพทั้งทางไฟฟ้าและความร้อนในวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ ทองแดงชุบด้วยไฟฟ้ามาตรฐาน (0.5-2 ออนซ์) เพียงพอสำหรับการกำหนดเส้นทางสัญญาณ ในขณะที่ทองแดงหนา (3-10 ออนซ์) ช่วยลดการสูญเสียความต้านทานในการจ่ายพลังงาน แผ่นทองแดงโปรไฟล์ต่ำมากช่วยลดผลกระทบจากความหยาบผิวต่อการสูญเสียการแทรกที่ความถี่สูงกว่า 10 GHz ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาประโยชน์ Df ต่ำ

เคมีของผิวเคลือบมีผลต่อความสามารถในการบัดกรีและความน่าเชื่อถือในระยะยาว การเคลือบทองแช่นิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (ENIG) ให้อายุการใช้งานที่ยาวนานและความเข้ากันได้ดีเยี่ยมในการยึดติดลวด แต่อาจทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณที่ความถี่สูง การเคลือบเงินแช่หรือสารกันเสียแบบออร์แกนิกช่วยลดการสูญเสียจากการสอดแทรก แต่จำเป็นต้องมีการจัดเก็บอย่างระมัดระวังและการตรวจสอบความเข้ากันได้ของตะกั่วบัดกรีที่ปราศจากสารตะกั่ว

ความท้าทายในการแปรรูปวัสดุ

ความท้าทายในการยึดติด PTFE ต้องใช้การกัดด้วยพลาสมาหรือโซเดียมเพื่อส่งเสริมการยึดเกาะก่อนการเคลือบ การเจาะทำให้เกิดเศษวัสดุที่มีลักษณะเป็นเส้น ซึ่งต้องใช้เครื่องมือเฉพาะทางรูปทรงและความเร็วแกนหมุนที่สูงกว่ามาตรฐาน FR-4 การตัดด้วยเซรามิกใช้การกัดด้วยเลเซอร์หรือการเจาะด้วยคลื่นอัลตราโซนิกแทนกระบวนการทางกลแบบเดิม ซึ่งจำกัดความยืดหยุ่นในการวางตำแหน่ง

การทดสอบการตรวจสอบการออกแบบ

การตรวจสอบ การออกแบบเพื่อการผลิตควรเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงแรกๆ ในการเลือกวัสดุ PCB สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ การสร้างต้นแบบจะตรวจสอบประสิทธิภาพการทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความสามารถในการจัดเรียงชั้นต่อชั้น และความน่าเชื่อถือของรูเชื่อมต่อผ่านการทดสอบอุณหภูมิ ความชื้น และแรงดันไบแอส การวัดค่าพารามิเตอร์ S จะยืนยันว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าตรงกับแบบจำลองการจำลองตามเอกสารข้อมูลวัสดุ และเปิดเผยความคลาดเคลื่อนใดๆ ระหว่างค่า Dk หรือ Df ที่ระบุไว้กับค่าจริง

ตัวอย่างการใช้งาน

การออกแบบโมดูล RF Front-End

โมดูลส่วนหน้าของเรดาร์ย่านความถี่ X-band ต้องการเส้นทางสัญญาณที่จับคู่เฟสกันโดยมีค่าการสูญเสียการแทรกต่ำกว่า 0.5 dB ในช่วงความถี่ 8-12 GHz ทีมวิศวกรรมได้เลือกใช้แผ่นลามิเนตชนิดพิเศษที่มีการสูญเสียต่ำ (Dk 3.48, Df 0.004) สำหรับส่วน RF โดยใช้สายไมโครสตริปแบบควบคุมอิมพีแดนซ์ที่มีความคลาดเคลื่อน ±5 โอห์ม การวิเคราะห์ความร้อนเผยให้เห็นการกระจายความร้อน 8 วัตต์จากเครื่องขยายกำลัง ซึ่งระบายออกผ่านทางช่องระบายความร้อนขนาด 0.3 มม. ที่เชื่อมต่อกับระนาบทองแดงภายใน

การจัดการความร้อนของโมดูลพลังงาน

การออกแบบโมดูลพลังงานซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ยึดแผ่นรองรับอะลูมิเนียมไนไตรด์เป็นศูนย์กลาง มีค่าความต้านทานความร้อนระหว่างรอยต่อกับตัวเรือนที่ 0.15 °C/W ในขณะที่รองรับกำลังไฟฟ้าสูงสุด 15 กิโลวัตต์ แผ่นรองรับ AlN (หนา 0.63 มม. ค่าการนำความร้อน 170 W/m·K) มีวงจรทองแดงแบบเชื่อมต่อโดยตรง รองรับความหนาแน่นกระแส 200 แอมแปร์ การจับคู่ CTE กับไดย์ SiC (4.5 ppm/°C) ช่วยขจัดความล้าของลวดเชื่อมที่พบในการออกแบบที่ใช้อะลูมินารุ่นก่อน

สรุป

การเลือกวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ให้ความสำคัญกับการตอบสนองความถี่และการจัดการความร้อน โดยคำนึงถึงข้อจำกัดด้านความสามารถในการผลิตและเป้าหมายด้านต้นทุน ควรเปรียบเทียบคุณสมบัติทางไฟฟ้ากับข้อกำหนดด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณก่อน จากนั้นจึงตรวจสอบความเพียงพอของการออกแบบทางความร้อนผ่านการจำลองและการทดสอบต้นแบบ ข้อมูลจำเพาะของวัสดุควรประกอบด้วยข้อมูล Dk และ Df ที่สมบูรณ์ในทุกความถี่การใช้งาน การวัดค่าการนำความร้อน การกำหนดคุณลักษณะ CTE และผลการทดสอบคุณสมบัติ

ความสามารถทางเทคนิคของ Highleap Electronics

• ความเชี่ยวชาญด้านวัสดุ – การสนับสนุนด้านวิศวกรรมสำหรับการเลือกวัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ตามข้อกำหนดด้านไฟฟ้า ความร้อน และความน่าเชื่อถือใน FR-4 โพลิอิไมด์ PTFE เซรามิก และลามิเนต RF พิเศษ
• การผลิต PCB ขั้นสูง – การเจาะที่แม่นยำและการประมวลผลด้วยเลเซอร์สำหรับ PTFE และพื้นผิวเซรามิกที่มีความกว้างเส้นสูงสุดถึง 75 ไมโครเมตรและความแม่นยำในการลงทะเบียนภายใน 25 ไมโครเมตร
• การออกแบบการจัดการความร้อน – ความหนาของทองแดงสูงสุดถึง 10 ออนซ์ ผ่านอาร์เรย์ความร้อน และการรวมแกนโลหะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและการใช้งาน LED ความสว่างสูง
• ความสามารถ RF – การกำหนดเส้นทางอิมพีแดนซ์แบบควบคุมโดยมีค่าความคลาดเคลื่อน ±5 โอห์ม การประมวลผลวัสดุที่มีการสูญเสียต่ำ และการตรวจสอบพารามิเตอร์ S สำหรับความถี่สูงถึง 40 GHz
• บริการประกอบ – การรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่วและอุณหภูมิสูง การยึดด้วยลวด การติดแม่พิมพ์ และการจ่ายสารเติมใต้วัสดุบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

ติดต่อทีมวิศวกรของเราเพื่อปรึกษาเกี่ยวกับคำแนะนำด้านวัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบสำหรับโครงการ PCB เซมิคอนดักเตอร์ครั้งต่อไปของคุณ เราให้คำแนะนำในการเลือกวัสดุ การตรวจสอบการออกแบบโครงสร้าง และการสนับสนุนการพัฒนาต้นแบบเพื่อเร่งวงจรการพัฒนาผลิตภัณฑ์ของคุณ

คำถามที่พบบ่อย (FAQs)

1. เมื่อใดที่วัสดุเซรามิกจะต้องมาแทนที่วัสดุแกนโลหะ?

เซรามิกจะกลายเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อค่าฟลักซ์ความร้อนสูงกว่า 15-20 วัตต์/ตารางเซนติเมตร หรือเมื่อการจับคู่ CTE กับไดย์เปล่ามีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการประกอบแบบฟลิปชิป วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์แกนโลหะไม่สามารถทำให้มีค่าการนำความร้อนเกิน 5 วัตต์/เมตร·เคลวิน ผ่านชั้นไดอิเล็กทริกได้ นอกจากนี้ เซรามิกยังทนต่ออุณหภูมิการทำงานสูงกว่า 200°C ซึ่งไดอิเล็กทริกอินทรีย์จะเสื่อมสภาพ

2. การสูญเสียแทนเจนต์ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบอย่างไร

ค่า Df ที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 0.001 จะทำให้สูญเสียสัญญาณแทรกประมาณ 0.05 เดซิเบล/นิ้ว ที่ความถี่ 10 GHz สำหรับสายไมโครสตริป 50 โอห์ม สำหรับเส้นทาง RF ขนาด 4 นิ้ว การเลือกใช้วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่า Df เท่ากับ 0.004 เทียบกับ 0.001 จะเพิ่มการสูญเสียสัญญาณ 1.2 เดซิเบล ซึ่งลดความไวของตัวรับโดยตรง ระบบที่ไวต่อเฟส เช่น อาร์เรย์เฟส จะพบความคลาดเคลื่อนในการชี้ลำแสงที่เป็นสัดส่วนกับความแปรผันของการสูญเสียสัญญาณระหว่างช่องสัญญาณ

3. วัสดุสามารถบรรลุทั้ง Tg สูงและ Df ต่ำได้หรือไม่

เคมีของอีพ็อกซี่แบบมาตรฐานทำให้เกิดความสมดุลระหว่างเสถียรภาพทางความร้อนและประสิทธิภาพทางไฟฟ้า เนื่องจากสารหน่วงไฟที่มีโบรมีนเป็นส่วนประกอบจะเพิ่มค่า Df วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง เช่น โพลีอิไมด์และวัสดุคอมโพสิต PTFE-เซรามิก สามารถเอาชนะข้อจำกัดนี้ได้ โดยให้ค่า Tg สูงกว่า 250°C และค่า Df ต่ำกว่า 0.003 แผ่นลามิเนต CLTE-XT ที่มีการสูญเสียต่ำเป็นพิเศษเป็นตัวอย่างที่ดีของความสมดุลนี้ โดยใช้ระบบเรซินไฮโดรคาร์บอน

4. จำเป็นต้องมีค่าความคลาดเคลื่อน Dk เท่าใดจึงจะสามารถควบคุมค่าอิมพีแดนซ์ได้

ความแม่นยำของอิมพีแดนซ์ภายใน ±10% ต้องใช้ค่าความคลาดเคลื่อน Dk ที่ ±0.2 สำหรับรูปทรงสตริปไลน์และไมโครสตริปทั่วไป การใช้งานความถี่สูงที่มีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำกว่า ±5 โอห์ม จำเป็นต้องใช้วัสดุ PCB เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าความคลาดเคลื่อน Dk ที่ ±0.05 หรือน้อยกว่า เอกสารข้อมูลวัสดุควรระบุค่าความคลาดเคลื่อน Dk ตามความถี่ อุณหภูมิ และแผง เพื่อให้สามารถจำลองอิมพีแดนซ์ได้อย่างแม่นยำ

5. ฉันควรประเมินซัพพลายเออร์วัสดุที่ไม่คุ้นเคยอย่างไร

ขอข้อมูลการทดสอบจากห้องปฏิบัติการอิสระที่แสดงให้เห็นว่าค่า Dk และ Df วัดด้วยวิธีเรโซเนเตอร์ไดอิเล็กทริกแบบแยกเสาตาม IPC-TM-650 ตรวจสอบ CTE ด้วยการวิเคราะห์ทางเทอร์โมเมคานิคส์ และยืนยันค่า Tg ด้วยการวัดค่าแคลอรีมิเตอร์แบบสแกนดิฟเฟอเรนเชียล จัดทำคูปองทดสอบต่างๆ รวมถึง vias แบบพิทช์ละเอียด รอยทดสอบอิมพีแดนซ์ควบคุม และยานพาหนะทดสอบการหมุนเวียนความร้อนก่อนการผลิต