印刷电路板基材简介(CCL)

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原先大量使用的双官能团环氧基材(Di-functional,白色)已逐渐被添加了四官能团 环氧(Tetra-functional)的基材(Multi-functional)所取代。
环氧树脂可组成多种基材,如玻璃布基板,Aramid基材,RCC等。
树脂——Resin
其他树脂类型 优点
BT
Tg高达180C以上,耐热性好
RO4000与25FR提供很低的介电常数(3.48/3.58)与正切损耗(0.004/0.0035), 可应用在很多通讯板上。
优点是良好的电气性能,其Dk/Df在很宽的频率范围内能够保持稳定。
另外,尺寸稳定性非常好,其Tg能够达到240C以上,而RO4000由于Tg太高通常 都无法测出Tg,因此耐热性能极高。
树脂分为热固性(Thermosets)及热塑性(Thermoplastics)两种。
热固性树脂提供优良的可操作性,而应用不同的树脂可获得不同的 电气性能。制造线路板主要使用的是热固性树脂。
热塑性树脂具有优异的电气性能,但处理热塑性材料需要特别的设 备与参数,因此许多厂商均开发新的热固性材料用于代替热塑性材 料。
使用最广泛的是电子级
玻璃布(E-Glass),如通 常称FR-4的基材。
Thermount E210
Glass Style 1080
Glass Style 7628
纤维纸基材及玻璃毡基材主要应用在低级线路板及部分特殊制板上。
而无纺布基材由于具有良好的Laser加工性、较低的介电常数及质量
轻等优点,逐渐被大量应用到HDI制板上。
钻污少
可达到UL94V-0的要求
介电常数与损耗因子较小
绝缘性佳
Cyanate Ester Tg高达250C
热膨胀系数小
介电常数与损耗因子非常低
Polyimide
Tg高达260C
钻污少
热膨胀系数小
弯曲性与抗挠性极佳
PTFE
介电常数非常稳定
介电损耗低
抗化性极强
缺点 容易爆板 树脂的浸润性较差
脆性大 对湿气很敏感
例如显示器,低压电源,高级音响,游戏机,部分汽车电路等。
CEM-1、CEM-3的制作工艺与FR-4相似,而在要求不高的时候甚至也 可以使用冷冲的方法加工。
基材分类及应用
3. FR-4基材
通指玻璃布基含浸环氧树脂的基材。
白料:Di-functional,Tg约125C,电气性能、机械性能较弱,正逐渐被 淘汰。
Getek与Megtron属于PPO+Epoxy型基材,具有较低的Dk及Df(0.012),
Tg方面,由于PPO属于热塑性树脂,因此只有使用DMA才能测量,若使用DSC 或TMA将无法得到确定的Tg值。
而Nelco的N4000-13属于改性FR4,具有与Getek/Megtron同样的电气性能,而制作 工艺较为简单及成本也低一些,可用于代替Getek和Megtron。
树脂——Resin
应用最广泛的是环氧树脂,液态时称A-Stage或Varnish,当浸渍在玻璃布等增强材 上并快速烘干后称为B-Stage即半固化片,而再经高温压板固化后成为C-Stage的固 化板材。
通常在树脂分子中加入溴,达到阻燃的目的(阻燃是指不容易被点燃,而且点燃后 能自己熄灭),通称FR-4。
与基材的附着力强
结合力差
延展性差
延展性佳
内应力高,难以挠曲,容易折断
可抵受挠曲而不折断
铜箔的表面处理:
铜箔——Copper Foil
Bonding Stage:传统的铜箔处理是在铜箔的毛面以高电流快速镀铜,形成瘤状,目的 是增加表面积(Nodulization); Thermal Barrier Treatment:然后再电镀一层黄铜或锌,目的是阻止高温时树脂内的Dicy 攻击铜面生成水分及胺类,导致结合力下降; Stabilization:对两面进行铬化处理(Chromation),作用是抗氧化。
填充剂——Fillers
填充剂的作用是为实现更高的电气性能要求或机械性能要求。
例如:
Nelco的N4000-7,利用填充剂提高Tg,降低CTE。 Hitachi的MCF-6000E,增加填充剂提高填充性能。 Rogers的RO4350,填充陶瓷(Ceramic)微粒控制介电常数。
另外, 通过加入其他填充剂作为阻燃剂替代卤素阻燃剂达到无 卤素的要求。
2.BT
目前应用较广泛的BT基材包括Polyclad的GI-180、Nelco的N5000、Isola的G200等。
树脂当中的“B”和“T”的比例能够随意地调整,当B:T=1:9时,BT的固化 温度接近于FR-4;当其比例大于1:9时,其Tg将随之上升,可达到250C以上。
BT基材一般呈棕黑色,硬度很高,由于树脂的浸润性较差,因此基材的席纹现象 比较明显。
增强材——Reinforcements
玻璃纤维的优点:
1. 高强度: 2. 抗热/防火: 3. 耐化学性: 4. 防潮: 5. 热稳定性: 6. 电性:
比其他类型的纤维相比具有极高的强度。 玻璃属于无机物,不会燃烧。 玻璃可抗大部分的化学品,也不会被细菌/昆虫攻击。 玻璃并不吸水,在高湿度下仍然保持机械强度。 玻璃熔点非常高,并具有很低的膨胀系数以及很高的传热系数。 绝缘性能极佳。
树脂分类:
树脂——Resin
1. 应用于单/双面硬板及多层板 主要包括酚醛树脂(Phenolic)、环氧树脂(Epoxy)、聚苯醚(PPO)、 双顺丁烯二酸酰亚胺/三嗪树脂(BT Triazine and/or Bismaleimide)、 聚酰亚胺(Polyimide)、氰酸酯(Cyanate Ester)
线路板基材
前言
线路板指的是搭载电子元件的基板,而基材即组成线路板的基本 材料,印制电路(Printed Circuit)的制作均在基材上完成。
基材主要指的是介电 材料,其组成为树脂、 增强材及填充剂。
本文将对目前应用于 电子工业的基材进行 介绍,并对其制作工 艺特点及可靠性要求 作简单描述。
最后对基材的发展趋势进行粗略描述,提供参考。
铜箔、树脂、增强材料及填充剂
铜箔→
←树脂
←填充剂 ←增强材料:玻璃布
铜箔——Copper Foil
铜箔的作用是用于形成线路。铜箔主要分两类:
电解铜箔 ED Foil-Electrodeposited Foil 通过电镀的方法,在硫酸铜镀液环境下,巨型镀槽的阴阳极距离非常小, 由不锈钢制作的阴极轮以高速旋转冲击镀液,加上高电流(600ASF),在光 滑的滚轮表面可撕出片状连续的铜箔,经后处理成为商品铜箔。 朝滚轮的一面称光面(Drum Side),朝镀液的一面称毛面(Matte Side)。 应用在绝大多数的线路板上,主要是硬板(Rigid Board)。
另外,使用其他类型树脂的材料通常都混合一定比例的环氧树脂以改善 加工性。
ห้องสมุดไป่ตู้
基材分类及应用
4. 高性能基材
其他特殊的/非酚醛/非FR-4类树脂基材,也包括Aramid、RCC等新发展 的材料。
主要指BT、PPO、Polyimide、Cyanate Ester、Hydrocarbon、Polyester、 PTFE等高性能树脂构成的基材,通常此类基材加入Ceramic、Kaolin等陶瓷类 填充剂。
*5. 无卤素基材 使用无卤素树脂体系的基材,目前有应用在CEM-1、CEM-3及FR-4上。
基材分类及应用
1.纸基酚醛板
包括XPC、XXXPC、FR-1及FR-2,组成为酚醛树脂与纤维纸。
XPC通常应用在低电压/低电流、不会引起火源的消费性电子产品,如 玩具,手提收音机,电话,遥控器等。
FR-1的电气性、难燃性优于XPC,可达到UL94V-0级,可广泛使用于 电压/电流稍高于XPC的电器,如彩电,家庭音响,洗衣机,吸尘机等。
基材分类及应用
一般,基材按树脂类型以及应用分类:
1.纸基酚醛板 包括XPC、XXXPC、FR-1及FR-2,组成为酚醛树脂与纤维纸。
2. CEM-1/CEM-3 表面均使用玻璃布,CEM-1内芯是纤维纸,CEM-3内芯是玻璃毡。
3. FR-4基材 通指玻璃布基含浸环氧树脂的基材。
4. 高性能基材 其他特殊的/非酚醛/非FR-4类树脂基材,也包括Aramid、RCC等新发展 的材料。
压延铜箔 Wrought, Rolled Foil 使用热辗或冷煅的方法将铜锭加工为铜箔。 应用在对弯曲、拉伸强度有高要求的制板上,主要是挠性板(Flexible)。
铜箔——Copper Foil
电解铜箔
压延铜箔
价格便宜
成本高
多种尺寸与厚度
宽度受限制
表面棱线较高,不适用于超精细线路 表面棱线低,有利于信号完整性
与FR-4基材相比,BT的优点是Anti-CAF,具有良好的抗铜离子迁移能力,制板在 恶劣的环境下仍然保持良好的电气性能。
BT的介电常数比FR-4低。
BT的应用主要是BGA载板,及部分低端通讯基站。
3.Getek/Megtron/N4000-13
Getek为美国GE公司产品,而Megtron为日本松下电工获得Getek授权生产的产品。
其中关键的特性包括:
板料:抗剥强度、吸水率、耐热应力、难燃性、热膨胀系数、Tg、 尺寸稳定性、介电常数、损耗正切等
半固化片:储存期、树脂含量、树脂流量、凝胶时间、挥发份含量、 Tg、介电常数、损耗正切等
1.FR-4 几乎所有的基材制造商均生产FR-4基材。
构成FR-4基材的主要是环氧树脂和玻璃布。 几乎所有的线路板生产厂商都大量使用FR-4基材,其生产线的设计大 多以FR-4为目标,因此许多基材均以FR-4为基准进行比较,来判断其 特性、可靠性及加工性。
不易达到UL94V-0的要求 树脂的流动性差 结合力较低 成本昂贵 Tg低,常温下易弯曲 与增强材的结合力低 成本高
增强材——Reinforcements
增强材指基材内作为骨架的材料,通常包括:
纤维纸(Cellulose Paper) 玻璃毡(Glass Felt) 玻璃布(Woven Glass Fabric) 无纺布(Non-Woven Fiber)
XXXPC与FR-2的电气性能相对更好,应用领域则大致相同。
纸基板的制作工艺相对较简单,可使用热冲或冷冲的方法加工通孔,并 可通过印刷银浆、碳墨的方法实现镀铜。
基材分类及应用
2. CEM-1/CEM-3
表面均使用玻璃布,CEM-1内芯是纤维纸,CEM-3内芯是玻璃毡。
应用在一些酚醛纸基板无法满足要求的场合,电气性能优于酚醛纸基 板,而差于FR-4基材。
Getek目前在研发升级产品Getek II,Dk/Df更低。
Megtron有后续的产品Megtron II、Megtron III及Megtron IV,应用于更高端产品。
4.Rogers RO4000/Arlon 25FR
Rogers的RO4000与Arlon的25FR为玻璃布基加陶瓷填充的聚脂基材。
主要应用在军事或民用的通讯设备上。
此类基材具有优异的电气性能、机械性能及高可靠性,但其加工性要比 FR-4差。
而Aramid及RCC随着HDI技术的发展,被广泛应用在Microvia的构成层 上。
特性
电子材料的特性通常包括以下五方面:
1. 一般特性 2. 物理特性 3. 化学特性 4. 电气特性 5. 环境特性
2. 应用于高速/高频制板 主要包括聚四氟乙烯(PTFE,Poly Tetra Fluoro Ethylene, Teflon)、 聚烯烃(Hydrocarbon)、聚脂(Polyester)及热塑树脂(Thermoplastics)
* 3. 无卤素(Halogen Free) 通过改变树脂体系,使用非溴基的树脂实现环保型基材。
黄料:Multi-functional,Tg约135C,广泛应用在民用电子设备上。
High Tg:Tg超过145C以上的FR-4一般称为High Tg,其可靠性较普通Tg 的材料高。
改性FR-4:在常规FR-4树脂的基础上通过改变配方或添加填充剂的方法 实现更高的电气性能、机械性能及可靠性。在考虑成本的前提下,可提 供用于较高端的产品。
另外,也有将铜箔反转,对光面进行粗化,然后压向基材,完成后的铜箔的棱线相对 较低,有利于细线制作,同时表面铜箔的粗糙度较大更有利于与干膜/半固化片的结合 力,称DSTF(Drum Side Treated Foil)或RTF(Reverse Treated Foil)。
树脂——Resin
树脂有两个作用,既作为介电材料,又作为粘合剂(Bonding Agent)。
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