选择 HDI(高密度互连)PCB 材料需要综合考虑多个因素,以下是详细的要点:
一、电气性能
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介电常数(Dk)和损耗因数(Df)
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介电常数(Dk):它是衡量材料在电场中存储电能能力的指标。对于高速信号传输的 HDI PCB,较低的 Dk 值有助于减小信号传播延迟。例如,在高频通信电路中,如 5G 基站的射频电路板,需要选择 Dk 值在 3.0 - 3.5 左右的材料,以确保信号的高速、准确传输。
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损耗因数(Df):损耗因数反映了材料在电场中能量损耗的情况。在高频电路中,低 Df 值的材料可以减少信号衰减。例如,对于毫米波雷达的 PCB,应选用 Df 小于 0.005 的材料,这样能有效降低信号传输过程中的能量损失。
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绝缘电阻
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绝缘电阻是材料阻止电流通过的能力。在 HDI PCB 中,高绝缘电阻材料可以防止不同电路层之间的漏电现象。一般要求绝缘电阻在 10^12Ω 以上,特别是对于高电压或高精度的电路,如医疗设备中的 PCB,需要更高的绝缘电阻来确保设备的安全性和准确性。
二、热性能
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玻璃化转变温度(Tg)
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Tg 是材料从玻璃态转变为橡胶态的温度。在 HDI PCB 加工和使用过程中,温度可能会升高。选择 Tg 较高的材料可以保证电路板在高温环境下的稳定性。例如,对于汽车发动机控制单元的 PCB,由于其工作环境温度较高,应选择 Tg 在 170℃以上的材料,这样在高温下 PCB 的尺寸稳定性好,不会出现分层、变形等问题。
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热膨胀系数(CTE)
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CTE 是材料在温度变化时尺寸变化的比率。在 HDI PCB 中,希望不同材料层(如铜箔和绝缘层)之间的 CTE 匹配。如果 CTE 不匹配,在温度变化时可能会导致铜箔与绝缘层之间的剥离或者焊点开裂。例如,对于多层 HDI PCB,内层材料的 CTE 应与外层材料的 CTE 相近,一般差异不超过 10ppm/℃。
三、机械性能
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挠曲强度和模量
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挠曲强度:它是材料抵抗弯曲变形的能力。对于一些需要有一定柔韧性的 HDI PCB,如可穿戴设备中的电路板,需要选择挠曲强度合适的材料。例如,挠曲强度在 300 - 500MPa 之间的材料可以满足可穿戴设备在日常使用中反复弯曲的需求。
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挠曲模量:挠曲模量反映了材料在弯曲时的弹性。较低的挠曲模量材料在弯曲时更容易变形,而不会断裂。在柔性 HDI PCB 设计中,要根据具体的使用场景来选择挠曲模量合适的材料。
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硬度和抗冲击性
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对于一些可能会受到外力冲击的 HDI PCB,如工业控制设备中的电路板,需要材料具有较高的硬度和抗冲击性。材料的硬度可以通过洛氏硬度(HR)或邵氏硬度(HS)来衡量。同时,材料应能够承受一定的冲击力而不会损坏电路板的结构和内部线路。
四、化学性能
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耐化学腐蚀性
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HDI PCB 在加工过程中会接触到各种化学试剂,如蚀刻液、电镀液等。在使用过程中,也可能会接触到一些化学物质,如环境中的酸碱气体。选择具有良好耐化学腐蚀性的材料可以防止 PCB 材料被腐蚀。例如,对于在化工环境中使用的 PCB,材料应能抵抗强酸、强碱的腐蚀。
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吸湿率
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吸湿率是指材料吸收空气中水分的能力。高吸湿率的材料可能会导致 PCB 在潮湿环境中性能下降,如绝缘性能变差、出现短路等问题。一般来说,HDI PCB 材料的吸湿率应控制在 0.5% 以下,特别是对于一些对湿度敏感的电子设备,如电子显微镜中的 PCB,需要更低的吸湿率。
五、加工性能
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钻孔性能
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在 HDI PCB 制造中,钻孔是一个关键工序。材料应具有良好的钻孔性能,包括合适的硬度和韧性,这样在钻孔过程中可以避免材料破裂、分层等问题。例如,材料的硬度应适中,太硬则钻孔困难,容易损坏钻头;太软则可能导致孔壁质量差。
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层压性能
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对于多层 HDI PCB,层压是重要的工艺环节。材料应能与其他层材料良好地粘结,确保层压后的 PCB 具有较高的强度和稳定性。例如,材料的表面能应与粘结剂相匹配,以保证在层压过程中各层之间紧密结合。