5. Материалы коммутационных плат.

Техника поверхностного монтажа предъявляет повышенные требования как к электрическим показателям, так и к показателям теплопроводности материалов коммутационных плат. Выполнение требований к электрическим характеристикам связано прежде всего с объемным сопротивлением диэлектрического материала основания коммутационной платы, которое должно быть как можно выше (диапазон объемного удельного сопротивления используемых или рассматриваемых как пригодные к использованию материалов обычно составляет 10­_­­­­­­_­­­_­⁹ - 10¹⁶ Ом•см).

В отношении материалов плат для быстродействующих устройств предпринимаются попытки максимально снизить их диэлектрическую проницаемость для уменьшения паразитной емкости. Обычно традиционная стеклоэпоксидная плата имеет диэлектрическую проницаемость порядка 4,8.

Большинство новых материалов имеет меньшую диэлектрическую проницаемость, например, арамидэпоксидные материалы - 3,9 , а некоторые стеклотефлоновые композиционные материалы - 2,3 .Весьма перспективными являются фторполимеры из-за простоты технологии их обработки и низкой диэлектрической проницаемости.

Для решения проблем, связанных с тепловым расширением как компонентов, так и плат, необходимо согласовывать температурные коэффициенты расширения (ТКР) плат и компонентов. Было бы идеально, если бы ТКР материала основания платы совпадал, например, с ТКР керамического кристаллоносителя. Обычно керамика имеет ТКР порядка 6•10^-6 град^-1 ;ТКР широко применяемого стеклоэпоксидного материала, например типа FR4, более чем в два раза больше, порядка(14-18)•10^-6 град^-1 .Большинство новых материалов, рассматриваемых применительно к ТПМК, имеет довольно близкие значения ТКР, лежащие в пределах (6-16)• 10^-6 град^-1 .

Стеклотефлоновая слоистая структура , являющаяся довольно перспективным материалом, имеет ТКР =20•10^-6 град^-1 и низкую температуру стеклования(75° С). Некоторые слоистые структуры из модифицированного политетрафторэтилена действительно обладают низким ТКР( 8•10^-6 град^-1 ), низким модулем упругости и малой диэлектрической постоянной.

В настоящее время выделились два основных направления развития исследований в области создания материалов коммутационных плат:

1) Сочетание волокнистых модификаторов, имеющих низкий ТКР , с органическими смолами ( например, эпоксидная смола - кевлар, полиимид - кевлар, полиимид - кварц).

2) Сочетание компенсационного слоя ( или сердечника ) платы, имеющего низкий ТКР (например, медь-инвар-медь, сплав 42, сплав медь-молибден-медь, медь-графит) со стеклоэпоксидной или стеклополиимидной многослойной структурой. Примером может служить многослойная плата с шинами питания и заземления из инвара, планированного медью.

Кевлар, в сущности, имеет самый низкий ТКР (по оси X,Y) из всех перечисленных материалов (3-7)•10^-6 град^-1 и меньшую диэлектрическую постоянную, чем стекло (что особенно важно для быстродействующих устройств), но довольно сильно поглощает влагу и подвержен микрорастрескиванию, что связано с высоким ТКР по оси Z (перпендикулярно подложке ). Кевлар на 20% легче стеклоэпоксидного материала, однако технология его обработки довольно сложна.

Основным доводом против использования материалов с компенсационным слоем является их вес, но с учетом перспективы уменьшения габаритов коммутационной платы в будущем этот фактор может стать менее существенным. Кроме того, металлические компенсаторы могут служить в качестве теплоотвода. Основным материалом компенсационного слоя в плане перспективы применения является инвар, планированный медью. Перспективным материалом для более эффективного отвода тепла является молибден, планированный медью, хотя и стоит дороже.