Prestaties van PP-films van verschillende diktes in de verpakking van elektronische componenten

Polypropyleen (PP) films zijn een belangrijk materiaal geworden in de verpakking van elektronische componenten vanwege de uitstekende isolatie, chemische bestendigheid en verwerkingsprestaties. Vooral in de toepassingen van hoogfrequente communicatie, vermogenselektronica en flexibele circuits heeft de dikteparameter van polypropyleenfilms rechtstreeks invloed op hun diëlektrische eigenschappen, mechanische sterkte en thermische beheermogelijkheden. De fysieke kenmerken, toepassingsscenario's en prestatie-optimalisatiestrategieën van PP-films van verschillende diktes worden geanalyseerd.

1.1 Dikte-gerelateerde diëlektrische constante en verlies
De diëlektrische constante (epsilon r) van PP-films ligt doorgaans tussen 2,2 en 2,3, maar de variatie in dikte heeft een aanzienlijk effect op de transmissiekarakteristieken van hoogfrequente signalen. In biaxiaal georiënteerde polypropyleenfilms (BOPP) verminderde een vermindering van de dikte van 4 micron naar 2 micron bijvoorbeeld de diëlektrische verliestangens (tandelta) van 0,0003 naar 0,00015 bij 1 MHz. Deze vermindering van het verlies is te wijten aan een afname van de verminderde dipooloriëntatiepolarisatie in de films - hun nauwer uitgelijnde moleculaire ketens verminderen de lengte van de polarisatie-relaxatietijden en dus de energiedissipatie.
In de filterverpakking van 5G-basisstations vertonen condensatoren die ultra-dunne PP-films van 3 μm gebruiken een serieweerstand van 40% equivalent in vergelijking met condensatoren die 6 μm-films gebruiken, waardoor de signaalfilterefficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd. Uit experimentele gegevens blijkt dat bij 10 GHz het invoegverlies met 0,02 dB/cm afneemt voor elke 1 micron vermindering van de dikte van de film, wat van cruciaal belang is voor het behoud van de signaalintegriteit in hoogfrequente circuits.
1.2 Niet-lineaire relatie tussen breukveldsterkte en dikte
De DC-doorslagveldsterkte van polypropyleenfilms is omgekeerd evenredig met de dikte: E _ bd 1/d. Wanneer de dikte toeneemt van 10 micron naar 20 micron, neemt de doorslagveldsterkte af van 650 naar 460 volt per meter. Deze niet-lineaire eigenschap wordt veroorzaakt door de statistische verdeling van interne defecten: dikkere membranen hebben een grotere kans defecten te bevatten, waardoor de veldconcentratie-effecten van lokale elektrische velden worden verergerd.
Bij het ontwerp van ultra-hoog-DC-transmissiecondensatoren kunnen polypropyleenfilms van 8 μm werken bij 1200 volt, terwijl μm-films in dezelfde structuur slechts 900 volt kunnen weerstaan. De doorbraakveldsterkte van films van 10-micron en 10 μm wordt verhoogd tot 720 720 V/μm nano-silica-doteringsmodificatie, waardoor de traditionele limiet voor de diktesterkte wordt overschreden.

2.1 Evenwicht tussen lekweerstand en flexibiliteit
Polypropyleen (PP) films vertonen een aanzienlijk diktedrempeleffect op de mechanische eigenschappen. De penetratie (ASTM D4833-standaard) nam scherp af van 3,2 N/m naar 1,8 N/m en de rek (ASTM D882) nam toe van 120% naar 180% wanneer de dikte minder dan 5 μm was. Deze eigenschap maakt ultra{9}}dunne PP-films tot een uniek voordeel in flexibele PCB-verpakkingen: ze zijn bestand tegen lokale spanningen van 0,5 N terwijl ze zich aanpassen aan dynamische buigingen met een straal van 3 mm.
De thermische geleidbaarheid van een 4 μm PP/grafeen-composietfilm en een sensorpakket voor een draagbaar apparaat was 1,2 W/m K, vijf keer die van een pure PP-film. De zelfherstellende technologie van de microcapsules kan een scheur van 0,1 millimeter in het membraan in 10 minuten herstellen tot 85% van de oorspronkelijke sterkte.
2.2 Matching van thermische uitzettingscoëfficiënten en betrouwbaarheid van de verpakking
Het verpakken van elektronische componenten vereist dat de thermische uitzettingsfactor (CTE) van polypropyleenfilms nauw aansluit bij die van koperfolie (17 ppm/graad) of keramisch substraat (6–8 ppm/graad). Het effect van de dikte op de CTE was anisotroop: de longitudinale CTE neemt af van 50 ppm/graad naar 35 ppm/graad met toenemende dikte, terwijl de transversale CTE zich stabiliseert op 80-90 ppm/oC. Dit verschil is te wijten aan het biaxiale verstrekproces bij de productie van dunne films - de oriëntatie van de longitudinale oriëntatie van de moleculaire keten neemt af met toenemende dikte.
Het gebruik van 8 μm PP-films als tussenproducten in de IGBT-moduleverpakking vermindert de mismatch tussen CTE en siliciumchips (2,6 ppm/graad) van 42% (15 μm-films) tot 28%, waardoor soldeermoeheidsfouten als gevolg van thermische cycli aanzienlijk worden verminderd. Gradiënt PP/polyimide (PI)-films geproduceerd door co-extrusie kunnen de grensvlakspanning met 60% verminderen en de levensduur van de module verlengen tot 20 jaar.

3.1 Ontwerprichtlijnen voor elektrische elektronica
Bij het ontwerp van een nieuw condensatorontwerp voor energie-omvormers moet de filmdikte de energiedichtheid en betrouwbaarheid in evenwicht brengen. Experimenten tonen aan dat condensatoren die gebruik maken van PP-films van 6 μm een ​​volumetrische energiedichtheid hadden van 1,2 joules/cm3, 80% hoger dan die van 12 films, maar dat de beginspanning voor gedeeltelijke ontlading daalde van 1.100 naar 950 volt.
In motoraandrijfomvormers voor elektrische voertuigen hebben condensatoren die een gemetalliseerde polypropyleenfilm van 4 micron gebruiken een capaciteit van 150 micron, 120 procent hoger dan die van 8 μm-films, terwijl de ESR wordt teruggebracht tot 5 omega, wat voldoet aan de schakelfrequentie (200 kHz) die vereist is voor SiC-vermogensapparaten.
3.2 Ultra-thiniseringstrend in hoog-communicatie
5G-basisstationfilters stellen strenge eisen aan de PP-filmdikte. Bij 28 GHz had een ultradunne BOPP-film van 0,8 μm een ​​diëlektrisch verlies van slechts 0,00008, 60% lager dan films van 3 μm, waardoor het filterinsertieverlies werd verminderd van 0,8 dB naar 0,3 dB. Door middel van atomaire laagafzetting (ALD) wordt een aluminiumoxidelaag van 20 nm op het oppervlak van de film aangebracht, waardoor de oppervlakteweerstand wordt verhoogd van 1014 Ω naar 1016 Ω om te voldoen aan de eisen van millimetergolfafscherming.
In de verpakking van optische modules heeft het diëlektricum een ​​diëlektrische constante temperatuurcoëfficiënt, een PP-film van 1,5 μm die als isolatielaag wordt gebruikt, slechts -50 ppm/graad, veel hoger dan dat van conventionele polyimidefilms (-150 ppm/oC), waardoor de kwaliteit van het hogesnelheidssignaal (25 Gbps) oogdiagramkwaliteit wordt gewaarborgd.

4.1 Innovatie van meerlaagse composietstructuren
co-extrusie maakt nauwkeurige diktecontrole mogelijk (2–10 μm). Dit kan worden bereikt door co-extrusie van PP/nanocellulose-composietfilms met een thermische geleidbaarheid van 2,5 W/(m·K) om te voldoen aan de eisen voor verpakkingen met een hoge vermogensdichtheid. Experimenten tonen aan dat een composietfilm van 3 μm na 1000 thermische cycli (-40 graden tot 125 graden) een stripsterkte tussen de tussenlagen van 92% behoudt, 40% hoger dan pure PP-films.
4.2 Intelligente diktemodulatietechnologie
Elektrochrome PP-films kunnen dynamisch in dikte worden aangepast tussen 1 en 5 micron volgens elektrochemische principes. Bij 5G-basisstations worden de films automatisch verdikt tot 3 μm bij hoog vermogen om verliezen te verminderen, en 1 micron bij laag vermogen om de integratiedichtheid te verbeteren. Uit voorlopige tests blijkt dat de slimme film het energieverbruik op het basisstation met 15% kan verminderen.
Conclusie:
De dikte van polypropyleenfilm bepaalt rechtstreeks de prestaties ervan bij het verpakken van elektronische componenten. Polypropyleenfilms kunnen voldoen aan de behoeften van micro-elektronica tot vermogenselektronica door middel van optimalisatie van diëlektrische eigenschappen, mechanisch thermisch matching-ontwerp en specifieke toepassingsaanpassing. Toekomstige ontwikkelingen op het gebied van nanocomposiettechnologieën en slimme materialen zullen hun toepassingen uitbreiden op gebieden als hoog{2}}communicatie, nieuwe energie en ruimtevaart, en elektronische verpakkingen in de richting van hoge dichtheid, betrouwbaarheid en energie-efficiëntie stuwen.