纸基覆铜板制造技术

纸基覆铜板

第一节概述

用浸渍纤维纸作增强材料，浸以树脂溶液并经干燥加工后，覆以涂胶的电解铜箔，经高温高压的压制成型加工，所制成的覆铜板，称为纸基覆铜板。

纸基覆铜板按照美国ASTM/NEMA标准规定的型号，主要品种有：FR-1、FR-2、FR-3（以上为阻燃类板）及XPC、XXXPC（以上为非阻燃类板）等类型产品。在亚洲，拥有世界纸基覆铜板的85%以上的市场。该地区在制作PCB中主要采用FR-1和XPC两种类型产品。而在欧美等地区则主要使用FR-2、FR-3及XXXPC类型产品。

最常用的、生产量最大的纸基覆铜板是FR-1板和XPC板。FR-1板在美国IPC-4101标准中为02号板，XPC板在IPC-4101标准中为00号板。

覆铜板部分型号对照,见表6-1.

表6-1 纸基覆铜板部分型号对照表

注：（1）NEMA：美国全国电气制造商协会标准；

（2）IPC：电子互联行业协会标准；

（3）JIS：日本工业标准；

（4）GB：中华人民共和国国家标准。

纸基覆铜板的生产工艺流程，见图6-1所示。

图6-1 纸基覆铜板生产工艺流程示意图

FR-1、XPC覆铜板大都采用漂白浸渍木浆纸为增强材料，以改性酚醛树脂为树脂粘合剂。在制造中，所用的电解铜箔标称厚度一般为35μm（1盎司/平方英尺）规格，厚度为1.6mm，板面1020mm³1220mm（最常用产品面积），即一张覆单面铜箔的FR-1板，一般为3.00-3.10kg 重；一张该面积大小的XPC板，一般为2.85-2.95kg重。板的常用厚度规格为0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm。

近年来，为适应电子信息产品技术发展需求，纸基覆铜板除一般品种外，按照性能已发展、派生出具有一定技术先进性的纸基覆铜板系列化产品。它们包括：适于低温（30—70℃）冲孔性的板；高耐漏电起痕性（CTI）的板；适用于银浆贯孔用的板；不透光的屏蔽板；适用于导电碳油跨线合一面铜线路、一面导电碳油线路的双面板（通常所说的伪双面）；无卤化阻燃性的板（绿色环保性的板）等。

纸基覆铜板绝大多数是适用于制作单面印制电路板的基板材料。但随着覆铜板和PCB技术的发展，近年来，利用具有银浆贯孔性的纸基覆铜板制作银浆贯孔的双面PCB技术，也得

到很大的应用和发展。图6-1-2所示了采用银浆贯孔工艺制作PCB的典型结构。

图6-1-2 银浆贯孔工艺制作PCB的典型结构

由于纸基覆铜板在制作PCB中，具有成本低、可模具冲孔加工、PCB加工工序较少的优点，因而用纸基覆铜板制作PCB在家用电器、电动儿童玩具、遥控器、电视机、随身听、半导体、收音机、录像机、监示器、VCD、汽车用无线电收音机、家用音响、有线电话机、低档小型仪器、医用仪器、计算机外围辅助设备、照明电器等电子产品中得到广泛的使用。

我国大陆根据上述市场需求趋势及中国PCB发展的自身特点，目前纸基覆铜板仍处于生产增长时期。中国大陆目前使用纸基覆铜板制作PCB的厂家，据近年统计，不少于60家。根据中国覆铜板行业协会（CCLA）近期调查统计，2008年、2009年，我国大陆纸基覆铜板的年产量分别为7220、8370万平方米，增长率为15.9%；2008年、2009年纸基板的销售情况为7220和8219万平方米，增长率为13.8%。我国大陆现成为全球目前该类产品产量最大的，国家，这也反映了我国覆铜板业自身独特的发展特点。

第二节酚醛树脂及其主要原材料

FR-1、XPC型纸基覆铜板，生产制造中所用的树脂，主体为改性的酚醛树脂。制造中所用的酚醛树脂大都由覆铜板生产厂自己制作。它主要用于三个方面：板的树脂配方的主树脂；两遍上胶有的采用的低分子酚醛树脂；铜箔胶粘剂中用的较耐高温的酚醛树脂。因此，对于一个纸基覆铜板生产厂来说，纸基覆铜板用的酚醛树脂制造技术，已成为该类产品生产厂的核心技术之一。也是研制、开发纸基覆铜板的重点内容。

本节，先简要介绍酚醛树脂的发展历史，着重介绍酚醛树脂制造用主要原材料以及它的反应机理。

一、酚醛树脂的发展简史

酚类化合物与醛类化合物缩聚而得到的树脂，统称为酚醛树脂（phenolic resin）。其中以苯酚与甲醛缩聚而得到的酚醛树脂最为重要。而用甲酚、二甲酚、壬基酚等与甲醛进行缩聚而获得的酚醛树脂，其固化物在柔韧性、电气性能上要比苯酚甲醛树脂有所提高。

早在1872年德国化学家拜耳（A.Bayer）曾首先发现酚与醛在酸的存在下，可以缩合得出作为中间体或药物合成原料应用的结晶产物或无定型的树脂状产物。不久，化学家克莱堡（W.kleeberg）和史密斯（A. Smith）再次深入研究了苯酚与甲醛的缩合反应。

进入20世纪后，各国化学家对苯酚—甲醛缩合反应更加感兴趣，投入了很大精力的试验。1902年布卢默（L. Blumer）发表了用40%的甲醛溶液150份与苯酚混合，以盐酸、硫酸等作催化剂制成耐酸碱性树脂。

直到1905-1907年，著名的酚醛树脂创始人，比利时裔的美国科学家巴克兰（Backeland）对酚醛树脂进行了系统而广泛的研究之后，于1910年提出了关于酚醛树脂“加压、加热”固化的专利，解决了重大的关键工艺性问题。由于巴克兰功绩在于实现了酚醛树脂的实用化，因此，有人曾提议将此年（1910年）定为“酚醛树脂元年”，或称为“合成高分子元年”。他后年在美国建立了“通用巴克兰公司”（后并入美国通用电气公司），主要从事酚醛树脂产品的生产。最初生产并进入市场的就是甲阶段酚醛系列的纸质层压板，以及以木粉、云母、石棉作填料，主要用于制作电器绝缘制品、涂料、清漆等。总之，象酚醛树脂这种1910年就正式投入工业生产，至今已有90年历史，世上诞生最早的塑料，由于它原料丰富，合成工艺简单，价格低廉，耐酸性突出，所以至今历久不衰。酚醛树脂的发现和发明，是二十世纪大突破，是科学技术的重大发现和发明。

依靠巴克兰酚醛树脂制造及应用的专利，德国、英国、法国和日本等国都先后实现了酚醛树脂的工业化生产。在日本于1914年，由三井株式会社引进了酚醛树脂技术，并在东京开始生产。

巴克兰开创的酚醛纸质层压板的应用技术，在20世纪四十年代由美国首先运用到PCB 制造用基板上。并在1950年，伴随着晶体管走向实用化，美国以金属箔腐蚀法制成无线电用的PCB，其中基板材料，是覆铜箔纸基层压板。1953-1955年，日本利用进口的35μm—70μm的压延铜箔，在酚醛纸板上，成功制出首块单面PCB，并迅速开始用在无线电接收机上。覆铜板制成PCB线路板，印制电路是导体和绝缘体的巧妙结合，能简化错综复杂的布线，使电路紧凑地排列在绝缘基板上，这在当时是一个奇迹。

在我国，绝缘层压板用酚醛树脂制造技术，主要是在20世纪五十年代初，由前苏联输入到我国绝缘材料制造业中。在五十年代中期，首先由我国无线电研究所（又称十所）王铁中等人将酚醛纸板做为基材，制出我国第一块PCB。同期，在他们的实验室中第一块纸基覆铜