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                              真空層壓機(jī)設(shè)備廠(chǎng)家恒盛機(jī)電告訴你如何選擇高速撓性線(xiàn)路的材料
                              發(fā)布日期:2017-11-17 關(guān)注次數(shù):4925

                               以前的撓性線(xiàn)路材料因其較大的介電損耗特點(diǎn)(損耗角正切),不適用于高速應(yīng)用。這些老材料的介電常數(shù)對(duì)于高速材料是非常合理的(多數(shù)情況下在3.0~3.5之間)。以前,人們認(rèn)為聚酰亞胺是引起問(wèn)題的關(guān)鍵。但是,如表1所示,標(biāo)準(zhǔn)撓性線(xiàn)路粘結(jié)劑(丙烯酸樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂)的介電損耗要比聚酰亞胺薄膜的介電損耗大得多。實(shí)際上,新研發(fā)出的聚酰亞胺配方介電損耗非常小,這就意味著全聚酰亞胺介電層是高速線(xiàn)路材料的良好選擇。但并不是所有聚酰亞胺材料都是一樣的;有些材料的介電損耗要高于其他材料,對(duì)大多數(shù)聚合物來(lái)說(shuō),介電損耗和吸濕程度相關(guān),這一點(diǎn)也適用于聚酰亞胺。因此我們得到一條基本規(guī)律:具有較強(qiáng)吸濕性的電介質(zhì)也會(huì)具有較大的介電損耗。

                                表1同樣還列出了最近被用來(lái)制造高速撓性材料的其他電介質(zhì)材料。高速剛性板的主要材料——氟聚合物——已經(jīng)被多家材料供應(yīng)商加入到撓性材料當(dāng)中。氟聚合物對(duì)任何聚合物類(lèi)材料都有最低的介電常數(shù)和最小的介電損耗。

                              聚合物

                              介電常數(shù)

                              損耗角正切

                              氟聚合物

                              2

                              0.001

                              液晶聚合物

                              2.9-3.0

                              0.001-0.002

                              聚酰亞胺

                              3.1-3.6

                              0.003-0.012

                              丙烯酸膠粘劑

                              2.9-3.5

                              0.02-0.03

                              環(huán)氧膠粘劑

                              3.1-3.7

                              0.02-0.04

                                問(wèn)題是在單獨(dú)使用時(shí),純氟聚合物薄膜的機(jī)械性能不夠好。一些供應(yīng)商嘗試在撓性應(yīng)用中使用特殊玻璃纖維織物和氟聚合物混合的方式。還有一些通過(guò)添加填充物的方式來(lái)提高性能,這種做法在剛性高速材料當(dāng)中很常見(jiàn)。還有一家供應(yīng)商用聚合物做內(nèi)芯,然后包裹上一層氟聚合物材料的覆蓋層和粘結(jié)劑。這些改進(jìn)都有助于撓性和機(jī)械性能的增強(qiáng),在一些情況下還能降低加工難度。但是,這些改進(jìn)也增加了介電常數(shù)和介電損耗,所以純聚合物性能在實(shí)際產(chǎn)品中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。這些新材料在很多情況下都是高速撓性材料的良好選擇。

                                液晶聚合物(LCP)同樣具有不錯(cuò)的介電性質(zhì),損耗低、吸濕性弱。覆箔基材和粘結(jié)層都會(huì)使用到LC聚合物。而氟聚合物材料同樣也應(yīng)用到了覆箔基材和粘結(jié)層當(dāng)中。

                                高速撓性線(xiàn)路所使用的主要覆箔基材是以氟聚合物、液晶聚合物和低損耗全聚酰亞胺結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。LCP和氟聚合物結(jié)構(gòu)在一些情況下可以作為粘結(jié)層和覆蓋層。但直到最近人們才能用聚酰亞胺結(jié)構(gòu)作為低損耗覆蓋層和粘結(jié)層。事實(shí)上,低損耗覆蓋層一直是最難開(kāi)發(fā)的,直到最近才研發(fā)出來(lái)。

                                新型低損耗熱固性粘結(jié)劑的出現(xiàn)擴(kuò)展了高速剛性板的材料選擇范圍。多種版本的低損耗粘結(jié)劑已經(jīng)可以在撓性線(xiàn)路材料市場(chǎng)買(mǎi)到了,為粘結(jié)層和覆蓋層提供了更多選擇。雖然撓性線(xiàn)路使用的傳統(tǒng)粘結(jié)劑損耗較大,但這并不意味著所有的熱固性粘結(jié)劑損耗都比較大。

                                表1中,幾乎所有聚合物的介電常數(shù)都比較低,在真正的撓性材料中這些聚合物的介電常數(shù)也保持在一個(gè)較低的范圍內(nèi)。雖然較低的介電常數(shù)有一些優(yōu)點(diǎn),但在選擇高速撓性材料時(shí),介電損耗才是最重要的介電性質(zhì)。介電損耗對(duì)整個(gè)撓性線(xiàn)路材料的影響要比介電常數(shù)大得多。

                                在談?wù)摻殡姄p耗和高速受控阻抗線(xiàn)路時(shí),一定要考慮兩個(gè)因素:線(xiàn)路設(shè)計(jì)的速度(1 Ghz  20 Ghz)和長(zhǎng)度。所有的全聚酰亞胺箔基材都是在速度為20 Ghz 、長(zhǎng)度為1” 的信號(hào)線(xiàn)上使用的。很多時(shí)候,這在10”的長(zhǎng)度下是不可行的。所以,每項(xiàng)應(yīng)用的最佳材料應(yīng)該根據(jù)線(xiàn)路的速度和長(zhǎng)度來(lái)選擇。

                                使用其中任何一種新材料都需要對(duì)我們文中提到的三個(gè)方面做出權(quán)衡:電氣性能、撓性和機(jī)械性能以及易加工性。所有的材料供應(yīng)商都要對(duì)這三方面做出權(quán)衡,為最終成品選擇折中方案。制造商和終端用戶(hù)雙方必須要了解權(quán)衡這些內(nèi)容,并且在充分了解折中方案以后再選擇材料。材料選擇的底線(xiàn)是——不要只根據(jù)電氣性能就選擇材料;撓性和易加工性對(duì)功能性高速撓性線(xiàn)路同樣也十分關(guān)鍵。

                              機(jī)械性能和撓性

                                大多數(shù)傳統(tǒng)撓性材料都以犧牲介電性質(zhì)為代價(jià),以?xún)?yōu)化其撓性和易加工性。當(dāng)然,在開(kāi)發(fā)這些早期材料的時(shí)候,所謂的“高速”其實(shí)還不到1 GHz。找到低損耗聚合物是開(kāi)發(fā)新型撓性線(xiàn)路材料的第一步。

                                氟聚合物本身不具備足夠的用于撓性箔基材的機(jī)械性能。材料供應(yīng)商使用的策略是通過(guò)使用特殊撓性玻璃纖維織物、粒子填料或聚酰亞胺內(nèi)芯來(lái)增強(qiáng)氟聚合物。所有這些材料都增強(qiáng)了氟聚合物的機(jī)械性能。玻璃纖維織物和粒子填料會(huì)限制覆箔基材或粘結(jié)層的可彎曲性,所以給需要在銳角處彎折和/或彎折比率較小的線(xiàn)路應(yīng)用選材料時(shí),這兩種材料不是最佳選擇。但它們?nèi)钥梢杂糜谄渌膿闲詰?yīng)用。

                                液晶聚合物適用于高速撓性箔基材的獨(dú)立電介質(zhì)膜。其機(jī)械性能可滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用的需求。它們的彎折能力可能比不上全聚酰亞胺結(jié)構(gòu),但也足以滿(mǎn)足多數(shù)應(yīng)用的需求。

                                全聚酰亞胺介電層是所有備選材料中機(jī)械性能最佳、靈活度最強(qiáng)的材料。如果產(chǎn)品對(duì)彎折程度的要求很高,那么這種材料是最佳選擇。但是,即使是損耗最小的聚酰亞胺層也比大部分氟聚合物和LCP結(jié)構(gòu)的損耗要稍大一些。

                                至于粘結(jié)層和覆蓋層,材料選擇就更加復(fù)雜了。很多高速材料覆箔基材只能和特定的粘結(jié)層一起使用。氟聚合物/聚酰亞胺復(fù)合材料主要和具有同樣材質(zhì)的粘結(jié)層一起使用。同樣,以LCP聚合物為基礎(chǔ)材料的覆箔基材也主要和具有同樣材質(zhì)的粘結(jié)層一起使用。兩種方法都使用需要高溫層壓的熱塑性聚合物薄膜。很多制造商現(xiàn)在都用高溫層壓機(jī)來(lái)達(dá)到新材料所需溫度(270 ~ 310℃)。

                                低損耗粘結(jié)層和覆蓋層都與最近才研發(fā)出的全聚酰亞胺箔基材兼容。在氟聚合物內(nèi)芯外面覆上一層低損耗熱固性粘結(jié)劑是材料選擇之一。這種方式已經(jīng)用全聚酰亞胺箔基材和一些氟聚合物箔基材測(cè)試過(guò)。其優(yōu)點(diǎn)之一是熱固性粘結(jié)劑可在更標(biāo)準(zhǔn)的層壓溫度下進(jìn)行層壓。

                                另一種材料選擇非常新穎——全聚酰亞胺粘結(jié)層和覆蓋層。最初,這種材料與全聚酰亞胺箔基材一起研發(fā)用在高溫應(yīng)用。但這種新型粘結(jié)薄膜損耗非常低(0.003),和全聚酰亞胺箔基材的損耗值在一個(gè)范圍內(nèi)。這種新型粘結(jié)層需要高溫層壓,但這也是目前制造全聚酰亞胺撓性線(xiàn)路的唯一方式。由于這個(gè)產(chǎn)品比較新,所以采用的制造商還比較少,但它正在不斷壯大。目前為止,全聚酰亞胺結(jié)構(gòu)是制造高速線(xiàn)路的最佳材料選擇,但這種材料也需要較強(qiáng)的耐熱性能。

                                除了氟聚合物/聚酰亞胺復(fù)合材料以外,以上提到的所有粘結(jié)層材料選擇也可用于制造覆蓋層。在上文提到了,低損耗覆蓋層只是在微帶線(xiàn)應(yīng)用中非常重要。目前使用這些新材料的許多高速撓性線(xiàn)路都是帶狀線(xiàn)應(yīng)用,這種情況下只需要低損耗粘結(jié)層。

                              可加工性

                                許多新材料的可加工性一直是影響其批量生產(chǎn)的最重要環(huán)節(jié)。在引入新材料的時(shí)候就應(yīng)該預(yù)料到這一點(diǎn)。

                                這些新型材料中有好幾種都需要高溫層壓,其中包括氟聚合物/聚酰亞胺復(fù)合材料、LCP材料和全聚酰亞胺粘結(jié)層。很多制造商現(xiàn)在都用壓力機(jī)將溫度增高到所需的270 ~310 (520°F~590°F)。但是,較高的溫度需要使用新的壓墊和更好的溫度控制。幸運(yùn)的是,各種用于高溫層壓的壓墊已經(jīng)可以在市面上買(mǎi)到了。

                                部分氟聚合物材料和所有的LCP材料都在覆箔基材和粘結(jié)層上使用了熱塑性薄膜。為了更好地使用,覆箔基材的層壓溫度一定要高于粘結(jié)層的層壓溫度。如果這兩層的層壓溫度太接近,會(huì)引起成像層上的線(xiàn)路在層壓過(guò)程中發(fā)生移動(dòng)(又被稱(chēng)為游動(dòng))。這一現(xiàn)象可以通過(guò)嚴(yán)格控制層壓溫度防止,但最好的防止方式是設(shè)計(jì)出層壓溫度差值較大的材料。氟聚合物/聚酰亞胺復(fù)合材料是在覆箔基材層壓溫度和粘結(jié)層層壓溫度相差35℃的情況下得到的。對(duì)大部分制造商而言這一溫差已經(jīng)足夠了。很多新型LCP材料的層壓溫差已經(jīng)增大。不論和哪種新型熱塑性材料相比較,這一差值永遠(yuǎn)都是很重要的因素之一。

                                在考慮易加工性時(shí),尺寸穩(wěn)定性是另一個(gè)重要因素。首先,蝕刻后的覆箔基材變化程度可能會(huì)因?yàn)槭褂昧诵虏牧隙觿。如今,全聚酰亞胺結(jié)構(gòu)是最為廣泛使用的撓性材料。其他的一些電介質(zhì)可能變化程度更大,需要不同的圖案補(bǔ)償策略。但大多數(shù)材料供應(yīng)商已經(jīng)成功在成品中解決了這一問(wèn)題。

                                層壓期間,粘結(jié)層或覆蓋層上線(xiàn)路移動(dòng)是一個(gè)更大的難題。這一問(wèn)題在使用熱塑性電介質(zhì)和/或需要高溫層壓時(shí)就變得尤為嚴(yán)重了。即使是全聚酰亞胺箔基材,它在300℃溫度下層壓過(guò)后的膨脹體積也要比在190℃的正常溫度下層壓后的膨脹體積大一些。通過(guò)適當(dāng)?shù)膶訅汗に嚳刂坪头e累對(duì)變化程度的預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn),這種變化可以得到控制。

                                這些新材料的鉆孔和電鍍工藝也需要進(jìn)行優(yōu)化,尤其是氟聚合物和含有LCP的產(chǎn)品。這兩種材料都可以進(jìn)行鉆孔和電鍍操作,但是在操作過(guò)程中需要對(duì)鉆孔過(guò)程、去鉆污和鉆孔準(zhǔn)備工藝進(jìn)行優(yōu)化。

                                總而言之,與設(shè)計(jì)中的任何折衷一樣,具有最低損耗和某些情況下最低介電常數(shù)的產(chǎn)品更難處理。從制造商的角度來(lái)看,如果你能最先熟練掌握新材料的工藝技術(shù),那你就能成為終端用戶(hù)的第一選擇。從一名終端用戶(hù)(OEM)的角度來(lái)看,你應(yīng)該一直讓材料供應(yīng)商給你推薦制造商。大部分材料供應(yīng)商會(huì)和選定的制造商共同合作,確?梢越o早期的終端用戶(hù)推薦一些成熟的設(shè)備。表2顯示了這些性能的比較結(jié)果。

                              聚酰亞胺

                              氟聚合物/聚酰亞胺復(fù)合材料

                              氟聚合物芯/熱固性粘合劑

                              液晶聚合物

                              1GHz介電損耗(損耗角正切)

                              0.003及高度

                              0.0015-0.002

                              0.002

                              0.0015-0.002

                              沾合層壓溫度℃

                              290-300

                              280-290

                              200

                              280-290

                              尺寸穩(wěn)定性

                              一般

                              一般

                              一般

                              鉆孔,孔準(zhǔn)備和電鍍

                              需要優(yōu)化

                              需要優(yōu)化

                              需要優(yōu)化

                              供應(yīng)商

                                高速撓性材料的供應(yīng)商主要來(lái)自現(xiàn)有的撓性材料和高速剛性板材料供應(yīng)商。在北美地區(qū),高速材料的主要開(kāi)發(fā)公司有DuPont公司、Rogers公司和Taconic公司。也有一些低損耗聚酰亞胺材料和LCP材料供應(yīng)商的生產(chǎn)基地在美國(guó)境外,比如Panasonic公司和Ventec International Group。最近,一些新材料已經(jīng)可以在北美市場(chǎng)和歐洲市場(chǎng)通過(guò)代理商購(gòu)買(mǎi)了。

                                另一個(gè)可以考慮的選擇是將不同材料供應(yīng)商生產(chǎn)的產(chǎn)品混合使用。撓性線(xiàn)路在材料供應(yīng)商那里經(jīng)受檢測(cè)之后,在制造商那里將一家公司生產(chǎn)的覆箔基材和另一家公司生產(chǎn)的粘結(jié)層或覆蓋層混合使用。當(dāng)然,你要確保兩者的兼容性接受過(guò)測(cè)試,而且在訂購(gòu)新的撓性線(xiàn)路之前要對(duì)加工程序進(jìn)行優(yōu)化。
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