印刷電路板基材簡(jiǎn)介CCL

線路板基材前言線路板指的是搭載電子元件的基板，而基材即組成線路板的基本材料，印制電路（PrintedCircuit）的制作均在基材上完成?；闹饕傅氖墙殡姴牧希浣M成為樹脂、增強(qiáng)材及填充劑。本文將對(duì)目前應(yīng)用于電子工業(yè)的基材進(jìn)行介紹，并對(duì)其制作工藝特點(diǎn)及可靠性要求作簡(jiǎn)單描述。最后對(duì)基材的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行粗略描述，提供參考。銅箔、樹脂、增強(qiáng)材料及填充劑銅箔→←樹脂←增強(qiáng)材料:玻璃布←填充劑銅箔——CopperFoil銅箔的作用是用于形成線路。銅箔主要分兩類：電解銅箔EDFoil-ElectrodepositedFoil通過(guò)電鍍的方法，在硫酸銅鍍液環(huán)境下，巨型鍍槽的陰陽(yáng)極距離非常小，由不銹鋼制作的陰極輪以高速旋轉(zhuǎn)沖擊鍍液，加上高電流(600ASF)，在光滑的滾輪表面可撕出片狀連續(xù)的銅箔，經(jīng)后處理成為商品銅箔。朝滾輪的一面稱光面（DrumSide），朝鍍液的一面稱毛面（MatteSide）。應(yīng)用在絕大多數(shù)的線路板上，主要是硬板（RigidBoard）。壓延銅箔Wrought,RolledFoil使用熱輾或冷煅的方法將銅錠加工為銅箔。應(yīng)用在對(duì)彎曲、拉伸強(qiáng)度有高要求的制板上，主要是撓性板（Flexible）。銅箔——CopperFoil銅箔的表面處理：BondingStage：傳統(tǒng)的銅箔處理是在銅箔的毛面以高電流快速鍍銅，形成瘤狀，目的是增加表面積（Nodulization）；ThermalBarrierTreatment：然后再電鍍一層黃銅或鋅,目的是阻止高溫時(shí)樹脂內(nèi)的Dicy攻擊銅面生成水分及胺類，導(dǎo)致結(jié)合力下降；Stabilization：對(duì)兩面進(jìn)行鉻化處理（Chromation），作用是抗氧化。另外，也有將銅箔反轉(zhuǎn)，對(duì)光面進(jìn)行粗化，然后壓向基材，完成后的銅箔的棱線相對(duì)較低，有利于細(xì)線制作，同時(shí)表面銅箔的粗糙度較大更有利于與干膜/半固化片的結(jié)合力，稱DSTF（DrumSideTreatedFoil）或RTF（ReverseTreatedFoil）。銅箔——CopperFoil樹脂——Resin樹脂有兩個(gè)作用，既作為介電材料，又作為粘合劑(BondingAgent)。樹脂分為熱固性(Thermosets)及熱塑性(Thermoplastics)兩種。熱固性樹脂提供優(yōu)良的可操作性，而應(yīng)用不同的樹脂可獲得不同的電氣性能。制造線路板主要使用的是熱固性樹脂。熱塑性樹脂具有優(yōu)異的電氣性能，但處理熱塑性材料需要特別的設(shè)備與參數(shù)，因此許多廠商均開發(fā)新的熱固性材料用于代替熱塑性材料。樹脂分類：1.應(yīng)用于單/雙面硬板及多層板主要包括酚醛樹脂(Phenolic)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)、聚苯醚(PPO)、雙順丁烯二酸酰亞胺/三嗪樹脂(BTTriazineand/orBismaleimide)、聚酰亞胺(Polyimide)、氰酸酯(CyanateEster)2.應(yīng)用于高速/高頻制板主要包括聚四氟乙烯(PTFE，PolyTetraFluoroEthylene,Teflon)、聚烯烴(Hydrocarbon)、聚脂(Polyester)及熱塑樹脂(Thermoplastics)*3.無(wú)鹵素(HalogenFree)通過(guò)改變樹脂體系，使用非溴基的樹脂實(shí)現(xiàn)環(huán)保型基材。樹脂——Resin應(yīng)用最廣泛的是環(huán)氧樹脂，液態(tài)時(shí)稱A-Stage或Varnish，當(dāng)浸漬在玻璃布等增強(qiáng)材上并快速烘干后稱為B-Stage即半固化片，而再經(jīng)高溫壓板固化后成為C-Stage的固化板材。通常在樹脂分子中加入溴，達(dá)到阻燃的目的（阻燃是指不容易被點(diǎn)燃，而且點(diǎn)燃后能自己熄滅），通稱FR-4。原先大量使用的雙官能團(tuán)環(huán)氧基材（Di-functional，白色）已逐漸被添加了四官能團(tuán)環(huán)氧（Tetra-functional）的基材（Multi-functional）所取代。環(huán)氧樹脂可組成多種基材，如玻璃布基板，Aramid基材，RCC等。樹脂——Resin樹脂——Resin增強(qiáng)材———Reinforcements增強(qiáng)材指指基材內(nèi)內(nèi)作為骨骨架的材材料，通通常包括括：纖維紙(CellulosePaper)玻璃氈(GlassFelt)玻璃布(WovenGlassFabric)無(wú)紡布(Non-WovenFiber)使用最廣廣泛的是是電子級(jí)級(jí)玻璃布(E-Glass)，，如通常稱FR-4的的基材。。纖維紙基基材及玻玻璃氈基基材主要要應(yīng)用在在低級(jí)線線路板及及部分特特殊制板板上。而無(wú)紡布布基材由由于具有有良好的的Laser加加工性、、較低的的介電常常數(shù)及質(zhì)質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，逐漸漸被大量量應(yīng)用到到HDI制板上上。ThermountE210GlassStyle1080GlassStyle7628玻璃纖維維的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：1.高強(qiáng)度：： 比其其他類型型的纖維維相比具具有極高高的強(qiáng)度度。2.抗抗熱/防防火：玻玻璃屬屬于無(wú)機(jī)機(jī)物，不不會(huì)燃燒燒。3.耐耐化學(xué)性性：玻玻璃可抗抗大部分分的化學(xué)學(xué)品，也也不會(huì)被被細(xì)菌/昆蟲攻攻擊。4.防防潮：玻玻璃并并不吸水水，在高高濕度下下仍然保保持機(jī)械械強(qiáng)度。。5.熱熱穩(wěn)定性性：玻玻璃熔點(diǎn)點(diǎn)非常高高，并具具有很低低的膨脹脹系數(shù)以以及很高高的傳熱熱系數(shù)。。6.電電性：絕絕緣性性能極佳佳。增強(qiáng)材———Reinforcements填充劑———Fillers填充劑的的作用是是為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)更高的的電氣性性能要求求或機(jī)械械性能要要求。例如：Nelco的N4000-7，利用用填充劑劑提高Tg，降降低CTE。Hitachi的MCF-6000E，增增加填充充劑提高高填充性性能。Rogers的的RO4350，填充充陶瓷(Ceramic)微粒控制制介電常常數(shù)。另外，通過(guò)加入入其他填填充劑作作為阻燃燃劑替代代鹵素阻阻燃劑達(dá)達(dá)到無(wú)鹵素的要要求?；姆诸愵惣皯?yīng)用用一般，基基材按樹樹脂類型型以及應(yīng)應(yīng)用分類類：1.紙基基酚醛板板包括XPC、XXXPC、FR-1及FR-2，，組成為為酚醛樹樹脂與纖纖維紙。。2.CEM-1/CEM-3表面均使使用玻璃璃布，CEM-1內(nèi)芯芯是纖維維紙，CEM-3內(nèi)芯芯是玻璃璃氈。3.FR-4基材材通指玻璃布布基含浸環(huán)環(huán)氧樹脂的的基材。4.高性性能基材其他特殊的的/非酚醛醛/非FR-4類樹樹脂基材，，也包括Aramid、RCC等新發(fā)發(fā)展的材料。*5.無(wú)無(wú)鹵素基材材使用無(wú)鹵素素樹脂體系系的基材，，目前有應(yīng)應(yīng)用在CEM-1、、CEM-3及FR-4上。。1.紙基酚酚醛板包括XPC、XXXPC、FR-1及及FR-2，組成為為酚醛樹脂脂與纖維紙紙。XPC通常常應(yīng)用在低低電壓/低低電流、不不會(huì)引起火火源的消費(fèi)費(fèi)性電子產(chǎn)產(chǎn)品，如玩具，手提提收音機(jī)，，電話，遙遙控器等。。FR-1的的電氣性、、難燃性優(yōu)優(yōu)于XPC，可達(dá)到到UL94V-0級(jí)級(jí)，可廣泛泛使用于電壓/電流流稍高于XPC的電電器，如彩彩電，家庭庭音響，洗洗衣機(jī)，吸吸塵機(jī)等。。XXXPC與FR-2的電氣氣性能相對(duì)對(duì)更好，應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域則則大致相同同。紙基板的制制作工藝相相對(duì)較簡(jiǎn)單單，可使用用熱沖或冷冷沖的方法法加工通孔孔，并可通過(guò)印刷刷銀漿、碳碳墨的方法法實(shí)現(xiàn)鍍銅銅?；姆诸惣凹皯?yīng)用2.CEM-1/CEM-3表面均使用用玻璃布，，CEM-1內(nèi)芯是是纖維紙，，CEM-3內(nèi)芯是是玻璃氈。。應(yīng)用在一些些酚醛紙基基板無(wú)法滿滿足要求的的場(chǎng)合，電電氣性能優(yōu)優(yōu)于酚醛紙紙基板，而差于于FR-4基材。例如顯示器器，低壓電電源，高級(jí)級(jí)音響，游游戲機(jī)，部部分汽車電電路等。CEM-1、CEM-3的制制作工藝與與FR-4相似，而而在要求不不高的時(shí)候候甚至也可以使用冷冷沖的方法法加工。基材分類及及應(yīng)用3.FR-4基材材通指玻璃布布基含浸環(huán)環(huán)氧樹脂的的基材。白料：Di-functional，，Tg約125C，，電氣性能能、機(jī)械性性能較弱，，正逐漸被被淘汰。黃料：Multi-functional，Tg約135C，廣廣泛應(yīng)用在在民用電子子設(shè)備上。。HighTg：Tg超過(guò)145C以以上的FR-4一般般稱為HighTg，其可可靠性較普普通Tg的材料高。。改性FR-4：在常常規(guī)FR-4樹脂的的基礎(chǔ)上通通過(guò)改變配配方或添加加填充劑的的方法實(shí)現(xiàn)更高的的電氣性能能、機(jī)械性性能及可靠靠性。在考考慮成本的的前提下，，可提供用于較高高端的產(chǎn)品品。另外，使用用其他類型型樹脂的材材料通常都都混合一定定比例的環(huán)環(huán)氧樹脂以以改善加工性?；姆诸惣凹皯?yīng)用4.高性性能基材其他特殊的的/非酚醛醛/非FR-4類樹樹脂基材，，也包括Aramid、RCC等新發(fā)發(fā)展的材料。主要指BT、PPO、Polyimide、CyanateEster、Hydrocarbon、Polyester、PTFE等等高性能樹樹脂構(gòu)成的的基材，通通常此類基基材加入Ceramic、Kaolin等陶瓷瓷類填充劑。主要應(yīng)用在在軍事或民民用的通訊訊設(shè)備上。。此類基材具具有優(yōu)異的的電氣性能能、機(jī)械性性能及高可可靠性，但但其加工性性要比FR-4差差。而Aramid及RCC隨著著HDI技技術(shù)的發(fā)展展，被廣泛泛應(yīng)用在Microvia的的構(gòu)成層上?；姆诸惣凹皯?yīng)用特性電子材料的的特性通常常包括以下下五方面：：1.一般般特性2.物理理特性3.化學(xué)學(xué)特性4.電氣氣特性5.環(huán)境境特性其中關(guān)鍵的的特性包括括：板料：抗剝強(qiáng)度、、吸水率、、耐熱應(yīng)力力、難燃性性、熱膨脹脹系數(shù)、Tg、尺寸穩(wěn)定性性、介電常常數(shù)、損耗耗正切等半固化片：：儲(chǔ)存期、樹樹脂含量、、樹脂流量量、凝膠時(shí)時(shí)間、揮發(fā)發(fā)份含量、、Tg、介電電常數(shù)、損損耗正切等等1.FR-4幾乎所有的的基材制造造商均生產(chǎn)產(chǎn)FR-4基材。構(gòu)成FR-4基材的的主要是環(huán)環(huán)氧樹脂和和玻璃布。。幾乎所有的的線路板生生產(chǎn)廠商都都大量使用用FR-4基材，其其生產(chǎn)線的的設(shè)計(jì)大多多以FR-4為目標(biāo)標(biāo)，因此許許多基材均均以FR-4為基準(zhǔn)準(zhǔn)進(jìn)行比較較，來(lái)判斷斷其特性、、可靠性及及加工性。。2.BT目前應(yīng)用較較廣泛的BT基材包包括Polyclad的GI-180、Nelco的N5000、Isola的G200等等。樹脂當(dāng)中的的“B”和和“T”的的比例能夠夠隨意地調(diào)調(diào)整，當(dāng)B：T=1：9時(shí)，，BT的固固化溫度接近于于FR-4；當(dāng)其比比例大于1：9時(shí)，，其Tg將將隨之上升升，可達(dá)到到250C以上。BT基材一一般呈棕黑黑色，硬度度很高，由由于樹脂的的浸潤(rùn)性較較差，因此此基材的席席紋現(xiàn)象比較明顯。。與FR-4基材相比比，BT的的優(yōu)點(diǎn)是Anti-CAF，，具有良好好的抗銅離離子遷移能能力，制板板在惡劣的環(huán)境境下仍然保保持良好的的電氣性能能。BT的介電電常數(shù)比FR-4低低。BT的應(yīng)用用主要是BGA載板板，及部分分低端通訊訊基站。3.Getek/Megtron/N4000-13Getek為美國(guó)GE公司產(chǎn)產(chǎn)品，而Megtron為日日本松下電電工獲得Getek授權(quán)生產(chǎn)產(chǎn)的產(chǎn)品。。Getek與Megtron屬于PPO+Epoxy型型基材，具具有較低的的Dk及Df（0.012）），Tg方面，，由于PPO屬于熱熱塑性樹脂脂，因此只只有使用DMA才能能測(cè)量，若若使用DSC或TMA將將無(wú)法得到到確定的Tg值。而Nelco的N4000-13屬于于改性FR4，具有有與Getek/Megtron同樣樣的電氣性性能，而制制作工藝藝較較為為簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單及及成成本本也也低低一一些些，，可可用用于于代代替替Getek和和Megtron。。Getek目目前前在在研研發(fā)發(fā)升升級(jí)級(jí)產(chǎn)產(chǎn)品品GetekII，，Dk/Df更更低低。。Megtron有有后后續(xù)續(xù)的的產(chǎn)產(chǎn)品品MegtronII、、MegtronIII及及MegtronIV，，應(yīng)應(yīng)用用于于更更高高端端產(chǎn)產(chǎn)品品。。4.RogersRO4000/Arlon25FRRogers的的RO4000與與Arlon的的25FR為為玻玻璃璃布布基基加加陶陶瓷瓷填填充充的的聚聚脂脂基基材材。。RO4000與與25FR提提供供很很低低的的介介電電常常數(shù)數(shù)（（3.48/3.58））與與正正切切損損耗耗（（0.004/0.0035）），，可應(yīng)應(yīng)用用在在很很多多通通訊訊板板上上。。優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是是良良好好的的電電氣氣性性能能，，其其Dk/Df在在很很寬寬的的頻頻率率范范圍圍內(nèi)內(nèi)能能夠夠保保持持穩(wěn)穩(wěn)定定。。另外外，，尺尺寸寸穩(wěn)穩(wěn)定定性性非非常常好好，，其其Tg能能夠夠達(dá)達(dá)到到240C以以上上，，而而RO4000由由于于Tg太太高高通通常常都無(wú)無(wú)法法測(cè)測(cè)出出Tg，，因因此此耐耐熱熱性性能能極極高高。。同時(shí)時(shí)，，此此基基材材使使用用在在很很多多Hybrid制制板板上上，，作作為為RF單單元元與與使使用用FR4的的Digital單單元元整整合在在同同一一塊塊板板上上。。另外外，，可可代代替替部部分分的的PTFE制制板板，，提提供供較較優(yōu)優(yōu)的的制制作作特特性性及及較較低低的的成成本本。。當(dāng)然然，，由由于于其其特特殊殊應(yīng)應(yīng)用用領(lǐng)領(lǐng)域域以以及及能能提提供供非非PTFE基基材材難難以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的的電電氣氣性性能能，，因因此此其其成本也比比普通的的基材高高許多倍倍。X-section-AfterThermalStress(RogersRo4000)SEMPhoto(RogersRO4000)5.GoreSpeedboardC/No-FlowPrepregSpeedboardC通通常應(yīng)用用在Hybrid設(shè)計(jì)計(jì)的制板板上，作作為粘合合RF單單元與Digital單元的的橋梁。SpeedboardC的的構(gòu)成為為ePTFE薄薄膜，其其中含浸浸BT樹樹脂。ePTFE是Gore公司的的專利，，成分是100%的PTFE，，結(jié)構(gòu)類類似海棉棉。由于SpeedboardC能夠夠提供良良好的Z向樹脂脂流動(dòng)性性以及控控制X/Y方向向的流膠膠，因此此是Cavity制板的的最佳選選擇，實(shí)實(shí)現(xiàn)良好好的Cavity外型型。而穩(wěn)定的的ePTFE在在壓板后后提供很很好的厚厚度支撐撐/均勻勻性，而而BT樹樹脂能夠夠添滿內(nèi)內(nèi)層線路空隙，，因此能能夠保障障制板的的電氣性性能和可可靠性。。另外，SpeedboardC可可以使用用Laser加加工出良良好的Microvia孔型型。同樣，由由于其特特殊應(yīng)用用及屬于于專利產(chǎn)產(chǎn)品，物物料成本本非常高高昂。ePTFECavityMicrovia6.RogersRO3000/TaconicTLC,RFseries/NelcoN9000/ArlonADseriesPTFE基材提提供非常常準(zhǔn)確的的Dk以以及極低的LossTangent。?？煽啃葬槍?duì)基材材的可靠靠性測(cè)試試主要包包括以下下方面：：1.Environmental（抗環(huán)環(huán)境影響響性）2.Mechanical/Physical（機(jī)械械/物理理性能））3.Electrical（電氣氣性能））4.Chemical（抗抗化學(xué)性性）5.Miscellaneous（其他他相關(guān)要要求）對(duì)應(yīng)的是是包含線線路板的的電子產(chǎn)產(chǎn)品（最最終用戶戶）的可可靠性要要求。CriticalTest——目前針對(duì)對(duì)基材的的最嚴(yán)格格的可靠靠性測(cè)試試是耐熱熱性能測(cè)測(cè)試，包包括：1.IRReflow2.ThermalShock/Stress3.ThermalCycling以及抗高高溫高濕濕測(cè)試：：THB(ThermalHumidityBiasTest)另外，完完成耐熱熱性能測(cè)測(cè)試后通通常需要要再進(jìn)行行ATC(AcceleratedThermalCycling)測(cè)試試，并要要求絕緣緣電阻的的變化小小于10%。IRReflowTestIRReflow測(cè)試的條條件一般般是由最最終客戶戶指定，，例如Motorola的Reflow條條件：ConditionExposureAverageramp-uprate<3C/second>100C360-600seconds>150Catleast180seconds>183Catleast90secondsBetween230Cto235Catleast10secondsPeakTemp.235Cooldown(peakto50C)<6C/secondTimefrom30Cto235CNogreaterthan360secondsReflowcycle10cycles事實(shí)上上，僅僅有少少數(shù)幾幾種基基材能能夠抵抵受10次次以上上的Reflow測(cè)測(cè)試而而無(wú)分分層、、白斑斑等缺缺陷。。ThermalShock/Stress&ThermalCyclingTest熱沖擊擊/熱熱應(yīng)力力測(cè)試試及熱熱循環(huán)環(huán)測(cè)試試同樣樣對(duì)基基材有有非常常高的的要求求，而而且測(cè)試的的條件件非常常多，，不同同的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組組織、、不同同的客客戶有有不同同的要要求。。1.260C,10sec,5cycles,solderfloat2.288C,10sec,1cycle,solderfloat3.288C,10sec,6cycles,solderfloat4.AirtoAir,-55C~125C,30min,100cycles5.LiquidtoLiquid,-55C~125C,10mindwell/5minpeak/15sectransition,500cycles基材的的性能能優(yōu)劣劣在完完成測(cè)測(cè)試后后就能能得到到明顯顯區(qū)分分。因此，，針對(duì)對(duì)不同同的產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)/客戶戶要求求應(yīng)該該選擇擇不同同的物物料。。當(dāng)然然，性能越越高的的物料料其價(jià)價(jià)格就就越高高。低Z-AxisCTE基材材Reflow測(cè)測(cè)試試及熱熱應(yīng)力力測(cè)試試考驗(yàn)驗(yàn)的是是基材材的耐耐熱能能力，，在經(jīng)經(jīng)歷多多次冷冷熱變化的的過(guò)程程中，，基材材不斷斷地膨膨脹與與收縮縮(Z方向向)，，使孔孔壁銅銅層或或基材材本身無(wú)法法承受受其拉拉扯而而斷裂裂或分分層。。HighTg基材材比普普通FR4具有有更低低的CTETHBTest嚴(yán)格的的THB測(cè)測(cè)試對(duì)對(duì)基材材和制制程均均是