Wykonywanie folii PP o różnej grubości w opakowaniach elementów elektronicznych

Folie polipropylenowe (PP) stały się kluczowym materiałem do pakowania podzespołów elektronicznych ze względu na doskonałą izolację, odporność chemiczną i wydajność przetwarzania. Szczególnie w zastosowaniach związanych z komunikacją wysokiej częstotliwości, elektroniką mocy i obwodami elastycznymi parametr grubości folii polipropylenowych bezpośrednio wpływa na ich właściwości dielektryczne, wytrzymałość mechaniczną i możliwości zarządzania termicznego. Analizowane są właściwości fizyczne, scenariusze zastosowań i strategie optymalizacji wydajności folii PP o różnej grubości.

1.1 Stała dielektryczna-związana z grubością i straty
Stała dielektryczna (epsilon r) folii PP wynosi na ogół od 2,2 do 2,3, ale zmiana grubości ma znaczący wpływ na charakterystykę transmisji sygnałów o wysokiej częstotliwości. Na przykład w dwuosiowo zorientowanych foliach polipropylenowych (BOPP) zmniejszenie grubości z 4 mikronów do 2 mikronów zmniejszyło tangens straty dielektrycznej (tandelta) z 0,0003 do 0,00015 przy 1 MHz. To zmniejszenie strat wynika ze zmniejszenia zmniejszonej polaryzacji orientacji dipoli w foliach - ich bliżej ustawione łańcuchy molekularne zmniejszają długość czasów relaksacji polaryzacji, a tym samym rozpraszanie energii.
W opakowaniach filtrów stacji bazowej 5G kondensatory wykorzystujące ultracienkie-folie PP o grubości 3 μm wykazują równoważną o 40% rezystancję szeregową w porównaniu z kondensatorami wykorzystującymi folie o grubości 6 μm, co znacznie poprawia skuteczność filtrowania sygnału. Dane eksperymentalne pokazują, że przy częstotliwości 10 GHz tłumienność wtrąceniowa zmniejsza się o 0,02 dB/cm na każdy 1 mikron zmniejszenia grubości folii, co ma kluczowe znaczenie dla utrzymania integralności sygnału w obwodach-wysokiej częstotliwości.
1.2 Nieliniowa zależność pomiędzy siłą pola pękania a grubością
Natężenie pola przebicia DC folii polipropylenowych jest odwrotnie proporcjonalne do grubości: E _ bd 1/ d. Gdy grubość wzrasta z 10 mikronów do 20 mikronów, natężenie pola przebicia spada z 650 do 460 woltów na metr. Ta nieliniowa charakterystyka jest spowodowana statystycznym rozkładem defektów wewnętrznych - w grubszych membranach istnieje większe prawdopodobieństwo, że zawierają defekty, co zwiększa wpływ koncentracji pola na lokalne pola elektryczne.
W konstrukcji kondensatorów transmisyjnych prądu stałego o ultra-wysokim-natężeniu folie polipropylenowe o grubości 8 μm mogą pracować przy napięciu 1200 woltów, podczas gdy folie μm przy tej samej strukturze wytrzymują jedynie 900 woltów. Natężenie pola rozkładu w przypadku folii o grubości 10-mikronów i grubości 10 μm należy zwiększyć do modyfikacji domieszkowanej nanokrzemionką 720 720 V/μm, przekraczając tradycyjny limit wytrzymałości grubości.

2.1 Równowaga odporności na przebicie i elastyczności
Folie polipropylenowe (PP) wykazują znaczny wpływ progu grubości na właściwości mechaniczne. Penetracja (norma ASTM D4833) gwałtownie spadła z 3,2 N/m do 1,8 N/m, a wydłużenie (ASTM D882) wzrosła ze 120% do 180%, gdy grubość była mniejsza niż 5 μm. Ta właściwość sprawia, że ​​ultracienkie folie PP są wyjątkową zaletą w przypadku elastycznych opakowań PCB — wytrzymują lokalne naprężenia o wartości 0,5 N, dostosowując się do dynamicznego zginania o promieniu 3 mm.
Przewodność cieplna folii kompozytowej PP/grafen o grubości 4 μm zawartej w pakiecie czujników urządzenia przenośnego wyniosła 1,2 W/mK, czyli pięciokrotnie więcej niż w przypadku czystej folii PP. Technologia samonaprawy-mikrokapsułek pozwala naprawić pęknięcie membrany o grubości 0,1 milimetra, przywracając 85% jej pierwotnej wytrzymałości w ciągu 10 minut.
2.2 Dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej i niezawodność opakowania
Pakowanie elementów elektronicznych wymaga, aby współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) folii polipropylenowej był ściśle dopasowany do folii miedzianej (17 ppm/stopień) lub podłoża ceramicznego (6–8 ppm/stopień). Wpływ grubości na WRC był anizotropowy: wzdłużny WRC spada z 50 ppm/stopień do 35 ppm/stopień wraz ze wzrostem grubości, podczas gdy poprzeczny WRC ustabilizował się na poziomie 80-90 ppm/oC. Różnica ta wynika z dwuosiowego procesu rozciągania w produkcji cienkich folii – orientacja wzdłużnej orientacji łańcucha molekularnego zmniejsza się wraz ze wzrostem grubości.
Stosowanie folii PP o grubości 8 μm jako półproduktów w opakowaniach modułów IGBT zmniejsza niedopasowanie pomiędzy CTE a chipami krzemowymi (2,6 ppm/stopień) z 42% (folie 15 μm) do 28%, znacznie zmniejszając uszkodzenia zmęczeniowe lutowia spowodowane cyklami termicznymi. Gradientowe folie PP/poliimid (PI) wytwarzane metodą współ-wytłaczania mogą zmniejszyć naprężenia międzyfazowe o 60% i wydłużyć żywotność modułu do 20 lat.

3.1 Wytyczne projektowe dotyczące elektroniki elektrycznej
Przy projektowaniu nowej konstrukcji kondensatora inwertera energii grubość folii musi równoważyć gęstość energii i niezawodność. Eksperymenty pokazują, że kondensatory wykorzystujące folię PP o grubości 6 μm miały objętościową gęstość energii wynoszącą 1,2 dżuli/cm3, czyli o 80% więcej niż 12 folii, ale napięcie początkowe wyładowania niezupełnego spadło z 1100 do 950 woltów.
W falownikach pojazdów elektrycznych kondensatory wykorzystujące metalizowaną folię polipropylenową o grubości 4 mikronów mają pojemność 150 mikronów, czyli o 120 procent większą niż folie o grubości 8 µm, przy jednoczesnym zmniejszeniu ESR do 5 omega, spełniając częstotliwość przełączania (200 kHz) wymaganą dla urządzeń zasilających SiC.
3.2 Trend-ultrarozrzedzania w komunikacji-wysokiej częstotliwości
Filtry stacji bazowej 5G mają rygorystyczne wymagania dotyczące grubości folii PP. Przy 28 GHz ultracienka-folia BOPP o grubości 0,8 μm miała stratę dielektryczną wynoszącą zaledwie 0,00008, czyli o 60% mniej niż folie 3 μm, zmniejszając tłumienie wtrąceniowe filtra z 0,8 dB do 0,3 dB. Poprzez osadzanie warstwy atomowej (ALD) na powierzchni folii narasta warstwa tlenku glinu o grubości 20 nm, zwiększając rezystywność powierzchniową z 1014 Ω do 1016 Ω, aby spełnić wymagania ekranowania fal milimetrowych.
W opakowaniach modułów optycznych dielektryk ma stały współczynnik temperaturowy, a folia PP o grubości 1,5 μm stosowana jako warstwa izolacyjna wynosi tylko -50 ppm/stopień, znacznie więcej niż w przypadku konwencjonalnych folii poliimidowych (-150 ppm/oC), co zapewnia jakość szybkiego sygnału (25 Gb/s) i jakość diagramu oka.

4.1 Innowacja w wielowarstwowej strukturze kompozytowej
współ-współwytłaczanie umożliwia precyzyjną kontrolę grubości (2–10 μm) można osiągnąć poprzez współ-współwytłaczanie folii kompozytowych PP/nanoceluloza o przewodności cieplnej 2,5 W/(m·K), aby spełnić wymagania dotyczące opakowań o dużej gęstości mocy. Eksperymenty pokazują, że po 1000 cyklach termicznych (od -40 stopni do 125 stopni) folia kompozytowa o grubości 3 μm zachowuje 92% wytrzymałość na odrywanie międzywarstwowe, czyli o 40% wyższą niż czyste folie PP.
4.2 Inteligentna technologia modulacji grubości
Grubość elektrochromowych folii PP można dynamicznie regulować w zakresie od 1 do 5 mikronów, zgodnie z zasadami elektrochemicznymi. Na stacjach bazowych 5G folie są automatycznie pogrubiane do 3 μm przy dużej mocy, aby zmniejszyć straty, i do 1 mikrona przy małej mocy, aby poprawić gęstość integracji. Wstępne testy wskazują, że inteligentna folia może zmniejszyć zużycie energii o 15% na stacji bazowej.
Wniosek:
Grubość folii polipropylenowej bezpośrednio determinuje jej właściwości użytkowe w opakowaniach elementów elektronicznych. Folie polipropylenowe mogą zaspokoić potrzeby od mikroelektroniki po elektronikę mocy poprzez optymalizację właściwości dielektrycznych, projektowanie mechanicznego dopasowania termicznego i dostosowywanie do konkretnych zastosowań. Przyszłe postępy w technologiach nanokompozytowych i inteligentnych materiałach poszerzą ich zastosowania w takich obszarach, jak-komunikacja wysokiej częstotliwości, nowa energia i lotnictwo, a także sprawią, że opakowania elektroniczne będą miały wysoką gęstość, niezawodność i efektywność energetyczną.