Escolhendo o Material Ideal para PCB HDI: Guia Prático

A tecnologia de Interconexão de Alta Densidade (HDI) está a ganhar aprovação no mercado ultimamente, pois muitos designers de eletrónica estão a adotá-la. É de notar que as vendas de HDI dobram as das linhas convencionais com base nas últimas tendências de mercado.

Normalmente, qualquer designer de eletrónica deve selecionar os materiais corretos para PCB HDI, independentemente da sua aplicação de construção. Mas com HDI, escolher o equipamento certo é particularmente importante porque está a trabalhar com PCBs leves, pequenos e potentes. O passo é frequentemente inferior a oito mils (equiv. 200µm), enquanto a sua abertura é geralmente inferior a dez mils (equiv. 250µm).

1. PCBs HDI — O Que é um Stack-up HDI?

Os PCBs HDI vêm com requisitos de construção únicos que os fabricantes devem seguir para obter o máximo rendimento. Precisa dos materiais certos com uma alta Temperatura de Decomposição (Td) e que sejam geralmente de qualidade comprovada. Da mesma forma, estará a usar solda sem chumbo.

Um stack-up HDI contém uma matriz de resina que fornece a resistência e as propriedades dielétricas necessárias para separar camadas de bobina de cobre altamente condutoras.

Que papéis o stack-up HDI desempenha na determinação do seu desempenho?

O stack-up HDI contém a matriz de resina, que determina o desempenho das aplicações HDI. Uma escolha correta do stack-up (por extensão, a matriz de resina) ajudará a otimizar a qualidade da forma que os designers pretendem fazer.

2. PCBs HDI — Propriedades do Material Dielétrico a Considerar Antes de Escolher

O desempenho ótimo do HDI depende da escolha correta do material dielétrico. Como diz o ditado, quanto maior a qualidade, melhor o desempenho. Em termos gerais, a qualidade do material dielétrico a escolher tem de ser superior à obtida em materiais de PCB tradicionais multicamadas. No entanto, precisa de estar ciente de que materiais dielétricos de alta qualidade podem ser caros. Dito isto, propriedades específicas são necessárias para concluir a qualidade do material dielétrico; verifique-as abaixo.

2.1: Temperatura de Decomposição (Td)

Isto refere-se à temperatura em que o material dielétrico se decompõe termicamente. Nesta temperatura, é evidente que o material dielétrico está a começar a mudar de estado. As ligações presentes nas moléculas das substâncias muitas vezes explicam a sua temperatura de decomposição. Um excelente material dielétrico para stack-up HDI deve ter uma alta temperatura de decomposição (Td) para multifunção a alta temperatura.

2.2: Temperatura de Transição Vítrea (Tg)

A Temperatura de Transição Vítrea (Tg) do dielétrico refere-se à transição de um estado amorfo rígido para um estado flexível. Esta propriedade é uma característica única da resina ou matriz no dielétrico. A informação principal que isto apresenta sobre o material é a revelação do seu estado à temperatura de serviço.

Em outras palavras, Tg explica se o material continua a ser vítreo e rígido ou borrachudo e flexível. Para um stack-up HDI, a natureza do design determinaria o que procuraria aqui. Mas, geralmente, um Tg alto sugere que o dielétrico permaneceria rígido à temperatura definida, o que é uma coisa boa.

2.3: Coeficiente de Expansão Térmica (CTE)

O coeficiente de expansão térmica é o aumento fracionário de um material dielétrico por grau de aumento de temperatura. Esta expansão pode ser de volume, área ou comprimento, mas a mais provável é a expansão do comprimento. Se uma pequena mudança de temperatura levar a uma diferença significativa no tamanho, o dielétrico pode não ser suficiente para um PCB HDI.

2.4: Tempo de Deslaminação

Isto também é chamado de Tempo de Deslaminação. É uma forma de medir usada na análise do desempenho do material dielétrico. Leva em consideração o tempo total que uma resina dielétrica leva para deslaminar. Geralmente, para um stack-up HDI, quanto mais tempo levar para deslaminar, melhor.

3. PCBs HDI — Quais São os Requisitos de Material para PCB Flexível HDI?

Com a crescente popularidade da tecnologia HDI no mercado atualmente, há necessidade de saber o que procurar ao comprar materiais para PCB Flexível. Aplicações que operam em HDI requerem linhas mais finas e furos metalizados através de furos (vias) bastante menores que os PCB regulares. O que isto significa é que camadas de condutores e substratos muito finas são as necessárias. Infelizmente, a maioria dos fabricantes considera apenas estas propriedades físicas e negligencia as técnicas. As subsecções abaixo enumeram os requisitos técnicos de material para PCB Flexível HDI.

3.1: Estabilidade Dimensional de Materiais Flexíveis

Até agora, os designers expressaram ceticismo sobre o uso de substratos rígidos e materiais flexíveis porque as pessoas notaram que estes materiais flutuam quando a fabricação ocorre. Claro, agora sabemos que o substrato popular da época - Filme PI - encolhe quando a fabricação está em andamento. Este encolhimento surge devido ao enorme stress gerado durante o processo de laminação.

A saída e o desempenho do FPC são significativamente afetados pelo uso de materiais finos. Mas o rendimento do FPC é determinado pela estabilidade dimensional dos materiais usados. Para chegar a produtos de circuito de alta densidade, os materiais usados devem ser dimensional e estruturalmente estáveis.

3.2 Controlo de Fluidez do Adesivo de Revestimento

A principal razão para utilizar filme de revestimento em circuitos HDI é chegar a uma janela pequena. Assim, garante que os aglutinantes não a preencham enquanto a laminação está em progresso. Só esta abordagem pode garantir que o foil não é coberto, e é por isso que é necessário controlar a taxa de fluxo dos materiais de revestimento HDI.

Demasiada fluidez, por outro lado, pode ofuscar a janela. Por exemplo, se a fluidez for demasiado pequena, pode resultar em linhas finas com tantos buracos, comprometendo o isolamento elétrico. Como a maioria dos materiais flexíveis não vem sempre com esta característica, o filme de revestimento certo baseado nas propriedades do fluxo do aglutinante continua a ser a melhor escolha.

3.3 Foils de Cobre de Perfil Baixo e Fino

Uma excelente forma de chegar a circuitos flexíveis de HDI é usando um foil de cobre que seja de grão fino, fino e de perfil baixo. A espessura de tal foil de cobre deve situar-se dentro da gama dos circuitos flexíveis habituais, que é 1oz. Onde a densidade gráfica média é o objetivo, um foil de cobre de 1oz é competente para entregar o desempenho requerido. No entanto, para aplicações HDI, os fabricantes podem usar qualquer um de 1/3, ½ ou 1/4oz. Foil de cobre.

3.4 Resistência do Material à Migração Eletrónica de Aglutinantes

Com circuitos flexíveis, a migração eletrónica é uma desvantagem, pois leva à sua destruição. Aglutinantes específicos de circuitos flexíveis permitem que iões de cobre se movam através deles quando se tornam suscetíveis a uma tensão de polarização, alta temperatura ou humidade. Este efeito é uma linha a formar os polos negativo e positivo.

Agora que a densidade de linha e a tensão estão a aumentar; a fiabilidade do circuito está continuamente sob ameaça de migração eletrónica. E de todas as aplicações, o HDI parece ser o mais em risco. É por isso que os fabricantes de circuitos têm de se tornar sensíveis a esta questão e tomar a medida certa para combatê-la.

4. PCBs HDI — Diferentes Materiais HDI Podem Ser Usados para Diferentes

Materiais de PCB de baixo Fator de Dissipação (Df) ou Tangente de Perda Dielétrica são os melhores para perda de energia reduzida em alta frequência. Para alcançar isto, pelo menos quatro categorias de materiais HDI são adequadas. Verifique-as nas subsecções abaixo.

4.1: Velocidade Média e Perda

Estes são os materiais de PCB mais populares; pertencem à família FR-4. A razão da sua constante dielétrica para a resposta de frequência não é plana, então experimentam maior perda dielétrica. Por causa disto, apenas aplicações analógicas ou digitais com poucos requisitos de GHz podem achá-lo útil.

4.2 Alta Velocidade, Baixa Perda

Esta categoria de materiais HDI tem uma curva Dk-para-frequência mais plana. O resultado é uma perda dielétrica significativamente baixa, até metade do que é obtido com materiais de Velocidade Média. Aplicações com aproximadamente 0 GHz de requisitos acharão isto mais útil.

4.3 Alta Velocidade, Baixa Perda, Alta Integridade de Sinal

As curvas do Dk para a frequência são igualmente planas, e a perda dielétrica é similarmente significativamente baixa. Outro ponto a favor é que eliminam o ruído elétrico desnecessário comum a outras categorias de materiais.

4.4 Alta velocidade, perda muito baixa, alta integridade de sinal, RF e micro-ondas

De todos os materiais HDI discutidos, a curva Dk-para-frequência desta categoria é a mais plana. Têm igualmente a perda dielétrica mais baixa de todas. Para aplicações com requisitos de GHz até 20, esta categoria de material é a mais adequada.

PCBs HDI — O Custo dos Materiais HDI em Relação às Suas Funções

Em princípio, materiais que têm valores de Dk e Df mais baixos com ótimas características de SI são os melhores para obter excelente desempenho HDI. No entanto, os elementos destacados no capítulo 5 acima muitas vezes provam ser difíceis de processar e nem sempre aplicáveis a todos os stack-ups HDI. De qualquer forma, quanto maior a qualidade dos materiais que precisa, mais dinheiro deve estar pronto a gastar. Tipicamente, materiais de alta velocidade, perda muito baixa, alta integridade de sinal, RF e micro-ondas são as categorias mais caras.

PCBs HDI — Onde Obter o Material Certo para HDI

Dependendo da sua localização, pode obter materiais HDI de vários fabricantes de PCB HDI à sua volta. No entanto, se achar difícil localizar um de confiança, pode encomendar diretamente da Amazon, que será entregue à sua porta.

O Futuro dos PCBs HDI Baseado nas Tendências Recentes de Mercado

Dada a popularidade que a tecnologia HDI está a desfrutar no mundo da eletrónica atual, o futuro está longe de ser sombrio. Embora seja verdade que o HDI ainda pode ser melhorado, as suas vantagens e aplicações são bastante numerosas para ignorar. Quase todos os setores, incluindo o militar, estão a adotar PCB HDI, o que aumentou ainda mais a sua aceitabilidade.

Conclusão

A tecnologia HDI está a ganhar terreno rapidamente a nível global, e várias aplicações agora funcionam com ela. No entanto, pode ser uma tarefa assustadora selecionar o material dielétrico certo para ela. Precisa de considerar alguns fatores antes de fazer a sua seleção, e é isso que tentamos ajudá-lo a fazer neste artigo. Esperamos que ache esta informação útil.