新型印制电路板基板材料

新型印制电路板基板材料

林远华（26）林鑫(24)

化学与生物工程学院 12材料化学

摘要概述了导电胶PCB、纳米材料与纳米技术、柔性电路板以及低介电纤维布等新型PCB基板材料的性能和相较于传统PCB材料的优势特点。

关键字印制电路板、新型基板材料、高性能

新型基板材料与传统的相比，改进的重点在于提高基板材料的物理和电气性能，即提高基板材料的耐热性，降低热膨胀系数和降低介电损耗。

1导电胶PCB

为了适应高密度化安装技术和低廉的印制电路板价格，印制电路制造商正开发出采用传统丝网印刷工艺导电印料涂覆的导电膜印制电路板，导电胶印制电路板就是采用丝网印刷方法通过导电印料进行导线的设置和跨接或金属化孔的贯孔作业，在基体上或导通孔中形成导电图形的印制电路板。[1]

导电胶印制电路板与传统的印制电路板相比有许多优点。

(1)可用价格低廉的酚醛或环氧纸基板代替玻璃纤维布基板，同时可用冲孔或落料的机加工方法取代数控钻，铣加工减轻高昂的加工费用，使整体生产成本大幅度下降，而生产效率反而有所提高；

(2)由于采用丝网印刷加工方法而不是化学电镀方法进行布线和贯孔，节约了大量的水、电、热能源、消耗降低，且为低公害生产，基本无三废排放和污染，消除孔金属化及电镀工序所造成大量的环境污染和废水治理；

(3)提高布线密度和安装密度，采用盘内孔(H IP或HIL)技术，元件引脚贴装用连接盘可移到被贯孔堵塞成盲通孔的顶部，消除引线和孔环设计和制造，有利于信号传输，改善特性阻抗性能；

(4)为表面安装技术提供便利，防止装配焊接时焊锡从焊接面的导通孔贯穿到元件面，以及防止粘贴IC集成电路元器件的胶水从导通孔中流失；

(5)更加适应大批量流水线自动化作业。

导电胶印制电路板是一种新颖的印制电路板品种，有着独特低成本、低消耗、高稳定、高品质的优势。

2 纳米材料与技术在PCB工业中的应用

纳米技术在PCB基材中的应用主要有两大方面。一是对传统的PCB基材-覆铜板(简称CCL)材料进行改性；另一方面就是利用纳米技术研发具有新特性的CCL材料。

纳米材料与纳米技术在PCB基材中的应用主要体现在以下几个方面。[2]

(1)提高力学性能。由于纳米粒子的特殊效应。将其引入到一些树脂体系能够获得性能更加优异的PCB基材。例如:纳米陶瓷基板、纳米环氧基板及聚酰亚胺基板等。使它们比常规材料在强度、硬度、韧性以及综合力学性能等方面更加优异。

（2）提高基板的耐热性。研究发现经过处理的碳纳米管能使环氧树脂的玻璃化温度提高14.5℃，失重20%和50%时的温度分别提高了54℃和31℃。将含八氨基苯基POSS引入到单一的双马来酰亚胺(BMI)树脂中，能使BMI固化物的玻璃化转变温度和热分解温度得到明显提高。当POSS含量达到15%时，玻璃化转变温度升高36℃。同时，POSS的加入还可以提高树脂的阻燃性能。

(3)改善PCB基板介电性能和电磁屏蔽性能。采用纳米材料对聚酰亚胺等PCB用基体树脂等进行改性,可以明显改善基体材料的介电性能。也可以改善PCB的电磁屏蔽性能。在PCB 表面或基板中加入含纳米金属的粘接片或由纳米金属制成的金属基PCB,可以使其具有电磁屏蔽功能,将减少噪声和提高信号比。如:TiO2、Cr2O3、Fe2O3、ZnO等粉体掺到基体树脂中有良好的静电屏蔽性能。

(4)提高材料的阻燃性。台湾工研院化工所在2000年起进行了纳米技术在热固性高分子材料中应用的专题研究，采用溶胶-凝胶法(sol-gel)成功开发了无卤无磷化阻燃环氧树脂组成体系，其阻燃性可达到VL94-V0级阻燃标准。

另外，在PCB工业环保中，纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力，对消除无机物污染具有明显效果。

表面涂覆中,有机金属/银(OM/Ag)纳米级络合物可作为PCB可焊性表面涂覆(镀)层。它具有更薄的厚度(50nm，仅为最薄的化学镀银的l/6左右)，可用于无铅焊接条件。同时，OM/Ag 纳米级可焊表面涂覆层在抗老化、抗变(退)色和可焊性等方面有更好的性能。

纳米金属导电油墨里，粒径20nm以下的纳米银油墨虽已成功商品化，因具有烧结温度低、导电性能好等优点，近年来成为全球电子油墨行业的研发热点之一。

纳米材料在PCB工业其它方面的应用，纳米结构合金具有高强度耐磨等诸多优异特性，非常适于制PCB用的钻头。由无机纳米材料改性尼龙制成的PCB用刷辊，吸水率极低，强度高，经久耐磨，价格低廉，有利于降低PCB生产成本和提高PCB产品品质。纳米材料具有较大的比表面积，对紫外光具有强吸收作用，可以利用该特性制备抗紫外线的PCB板材。利用纳米材料的自洁能力，对提高线路板的相关品质也具有重要意义。

3 柔性印制电路板的结构材料

3.1 尺寸控制更严格的基材

与刚性印制电路板制造过程相比，从原材料制造柔性印制电路板的过程中，它的最大的缺陷就是产生较大的尺寸变化，即收缩。因此，尺寸稳定性是制造高密度互连结构柔性多层板的关键。因为几何尺寸的收缩将会直接影响到电路层间与覆盖膜的精确定位，直接影响到器件组装的对准性。所以选择尺寸控制更严格的柔性印制电路板载体材料是很重要的。新型聚脂系列材料的开发，使其性能上有很大的改善，提高了尺寸的稳定性。聚亚酞胺类型的主体材料制成的柔性印制电路板，经过多次层压表明，此类材料的基板不仅提高了柔性印制电路板尺寸的稳定性和层间结构的可靠性，同时也大大提高高密度柔性印制电路板的产量。这种类型的柔性印制电路基板材料之所以其尺寸的稳定性较高，是因为它的物理性能比较优越，其热膨胀系数较低。[3]

3.2 铜箔的选择

柔性印制电路板用的铜箔分为压延铜箔(RA)和电解铜箔(ED)。电解铜箔由于是电镀的方法形成的，它是铜性的微粒结晶结构，在蚀刻时很容易形垂直的线条边缘，非常利于精细导线的制作，再加上它的较为粗糙的一面与基材的结合力好，非常有利于焊接工艺。它与压延铜箔相比，在弯曲半径小或动态弯曲时，针状结构容易断裂，而且更容易在导线上形成针孔。正因为此种原因，制作柔性印制电路板最常使用的多数铜箔为压延铜箔。

4 低介电纤维布

环烯烃共聚物纤维制成的低介电聚合纤维布损耗因数为0.0007，介电常数为2.35。使纤维与E玻璃纤维混合，也可以与D玻璃纤维或NE玻璃纤维混合，制成更低介电性能的基材。[4]

低介电基材由几种混合纤维布和树脂制成，由混合E玻璃纤维和环氧树脂生产的基材，一种介电常数和损耗因数分别为3.08和0.012，密度为1.2g/cm3。另一种基材是通过对混合纤维布进行热压熔化纤维制成，其介电常数和损耗因数分别为3.5和0.001。

尽管目前有许多低介电的玻璃纤维，包括D玻璃纤维和N E玻璃纤维，但是它们最低介电常数仍大于4.0。将环烯烃共聚物（COC）纤维与玻璃纤维结合在独特的混合布中制成低介电(εr3.08，Dk0.013)电路板基材；将混合布中环烯烃共聚物纤维熔化构成树脂的一种成分，制成εr3.25，Dk0.0013电路板基材；将含环烯烃共聚物纤维混织布涂上独特的低介电树脂制成εr2.8，Dk0.0009电路板基材的试验，表明环烯烃共聚物纤维布是一种新型的性能优异的电路板增强材料。

结语

未来的电子产品将在不断提高功能的基础上，向更少、更轻、更快、更精密的方向发展。印制电路板未来的发展方向主要集中在精细导线、高密度微孔径化、金属孔化的多类型化、多层板厚度多样化、高物理、电气性能化以及PCB的类型多样化。PCB技术不断更新和类型多样化，需要多种相适应的材料与之配套，新一代PCB用合成材料里比较突出的有以上说描述的：纳米（复合、塑料、橡胶、纤维、能源）[5]材料应用及开发，柔性电路板，提高基板耐热性和降低介电损耗，新型的环保材料，利于回收，减少对环境的污染等。

参考文献：

[1]《网印工业》2002年第四期，15

[2]《化工新型材料》Vol.38 NO.7,27

[3]2003中国电子制造技术论坛会，32-34

[4]印制电路信息2008 No.6，29

[5]《舰船电子工程》2002年第5期，11