印制电路技术2010第2章

第二章基板材料2.1覆铜箔层压板及其制造方法2.2覆铜箔层压板的特性2.3高性能PCB板对覆铜板的基本要求2.4绿色阻燃成为环氧电路板主流2.5纳米技术在PCB基板材料中的应用2.1覆铜箔层压板及其制造方法中间埋填粘合剂铜箔铜箔增强材料(n层叠加)基本组成（1）铜箔（2）增强材料（3）粘合剂——覆铜箔层压板（CopperCladLaminates，CCL）是制造PCB的最基础材料。2.1.1引言铜箔国际上用单位面积铜的重量来衡量，一般为盎司。——1盎司：35m——2盎司：70m非连续变化10m18m35m70m305g/m2610g/m2标称值（μm）英制（OZ）国际单位（g/cm3）351305181/215291/47651/838702610铜箔非连续变化通用厚度：0.7.1.0,1.2,1.5,2.0,2.4,3.2,6.4mm等板材非连续变化覆铜箔层压板聚酰亚胺挠性覆铜箔陶瓷基板及PCB产品——高频\大功率电子器件铜箔在高温下直接键合到氧化铝(AL2Q3)或氮化铝(ALN)陶瓷基片的表面(单/双)按增强材料：玻纤板+纸板按粘合剂：酚醛+环氧+聚酰亚安+聚四氟乙烯……按基材特性及用途：通用型与自熄型耐热、耐辐射、高频用预制内层金属、金属基、陶瓷基2.1.2覆铜箔层压板的分类1.一般规则：多层板的一种半成品，层压大量预蚀刻的带拼图的内层板与Cu箔而形成的层压板，通常集中在基材厂家。2.常用覆铜箔板型号——按GB/T4721-1984规定，覆铜箔层压板由五个英文字母组合表示。（1）第1个字母C——Copper：铜箔（2）第2、3个字表示粘合剂树脂PF——Phenol-Formaldehyde：酚醛树脂EP——Epoxy：环氧树脂UP——UnsaturatedPolyester：不饱和聚酯SI——Silicone：有机硅树脂TF——Teflon：聚四氟乙烯树脂PI——Polyimide：聚酰亚胺树脂……（3）第4、5个字母表示基材选用的增强材料CP——Cellulosepaper：纤维素纸GC——GlassCellulose：（无碱）玻璃纤维布GM——glassmat：（无碱）玻璃毡（4）F表示阻燃型（自熄型）（Fire-retardant—FR）CPIGC？聚酰亚胺玻璃纤维基覆铜层压板CEPGC？环氧树脂玻璃纤维基覆铜层压板CTFCP-F？阻燃型聚四氟乙烯纸基覆铜层压板CPFGC？酚醛树脂玻璃纤维基覆铜层压板NEMA：美国电气制造业协会（NationalElectricalManufacturersAssociation）FR：fire-retardant。FR-1阻燃性+纸基+酚醛树脂板FR-2阻燃性+纸基+酚醛树脂板FR-3阻燃性+纸基+环氧树脂板FR-4阻燃性+玻璃布+环氧树脂板FR-5耐热+阻燃性+玻璃布+环氧树脂板FR-6阻燃性+玻璃垫+聚酯板G-10=FR-4G-11=FR-5CEM-CompositeEpoxyMaterial——复合环氧树脂层压板CEM-1：环氧+纸复合、阻燃CEM-2：环氧+玻纤布复合、不阻燃CEM-3：环氧+玻纤布复合、阻燃各种增强材料的性能比较项目纸玻纤布玻纤纸合成纤维纸布树脂浸透性◎△-△-蓬松度◎△○起毛◎△△电气绝缘性◎◎◎-○◎-○介电特性△△○-△◎机械强度△◎○○-△阻燃性◎◎-○○尺寸稳定性◎○◎冲孔加工性◎-○△◎-○价格◎△◎-○△（1）评价是以玻纤布为基准（2）评判分为：◎优；○良；△较差；差（3）玻璃纸，是用环氧树脂粘接剂，合成纤维纸为芳纶——国标先进标准：日本工业标准：JISC6482-6489（1989——1991）美国标准：ASTMD1867-92美国军标：MILP-13949G/5MILP-13949G/5国际电工委员会标准：IEC249-1/2德国标准：DIN40802（76）美国UL认证：UL7460UL796●印制电路用耐热阻燃型覆铜箔环氧玻璃布层压板详细规范（GJB2142/1-95）●军用印制板及基材系列——印制电路板用覆箔基材（GJB/T50-93）GB/T4721-5保险商试验所（UnderwriterLaboratoriesInc.——UL）是美国最有权威的，也是界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构。它是一个独立的、非营利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程度。UL成立于1894年，全球有50多间实验室，约有6000员工。每年有成千上万的产品通过UL认证并使用UL标志。目前UL共有近800多套标准，其中75%被美国国家标准化组织采用。UL在美国本土有五个实验室，总部设在芝加哥北部的Northbrook镇，同时在台湾和香港分别设立了相应的实验室。2.1.3覆铜箔层压板制造方法由树脂溶液配制、增强材料浸胶、压制成型1.原材料①树脂：酸醛、环氧、聚脂、聚酰亚胺……②浸渍纸③无碱玻璃布，含碱量0.5%无碱玻璃布——电工级玻璃纤维布：国际上称为E（electronic）布，属于铝硼酸盐类，基础成份：SiO2、Al2O3、CaO三元系列SiO253—56%Al2O314—18%CaO20—24%Na2O＋K2O0.5—0.8%（确保电绝缘性能）B2O35—10%电阻率1014-15.cmNa2O+K2O的含量若从1.6%降至到0.5%,则玻璃纤维的体积电阻可增加10数量级.无碱玻璃布发展方向：（1）消除电子布中微量的金属杂质（2）改善电子布的玻璃成份（3）减少电子布的微气泡\针孔性（4）调整电子布的织构（5）超薄提高电阻率降低损耗钻小孔、提高小孔金属化可靠性钻小孔、多层最终满足：HDIPCB板④铜箔，压延与电解铜箔——电解铜箔：电解而成，并氧化或镀锌处理电解Cu箔特点：可制备大面积的铜箔，但强度/韧性差适合：刚性基板；不适合：柔性基板易加工图形和细线条附着力高，提高机械加工性发展方向是超薄铜箔2—10m.为什么要用超薄铜箔？怎样实现？——压延铜箔：用紫铜锭多次辊扎，再经锻火、抗氧化、粗化处理等制成。特点：不能制备大面积的铜箔；但延展性较好（可达30％以上，电解铜最大只有15％－20％）。相对电解铜，压延铜生产比较困难。适合：柔性基板；不适合：刚性基板2.覆铜箔层压板制造工序树脂溶液的配制→增强材料浸胶、烘干至B阶→剪切与检验→浸胶料与铜箔叠层→热压成型→切除废边→成品检验与包装配胶浸胶、烘干至B阶浸胶料与铜箔叠层热压成型①②配迭叠层压制切边成品氧化处理涂胶烘干固化：树脂基体由具有一定流动性的线性状分子结构变转为坚固结实的网状结构的化学反应过程。半固化：热处理时间（固化时间）等不够,未全部固化，处于B-阶段。检验剪切半固化片树脂溶液表面处理脱蜡树脂固化剂添加剂溶剂电解铜箔增强材料(玻璃布)浸胶、烧焙问题的提出：影响覆铜板品质的关键因素之一是半固化片（prepreg）的品质和压合工艺。如压合过程中熔融的树脂难以向玻璃纤维中渗透，纤维中的空气泡难以排除，这样就导致覆铜板的耐热性、耐水煮性、电性能等下降。为解决以上矛盾，就必须采用含浸性好的无气泡半固化片。无气泡半固化片真空辅助上胶目的：预浸时，利用真空排出胶液和纤维中的气泡，消除由于玻璃纤维布的张力不均而导致的半固化片含胶量不均和残余应力，使得覆铜板的品质更好。真空辅助上胶的半固化片显微照片普通上胶的半固化片显微照片从以上相片可以看出，真空辅助上胶半固化片中的气泡数比普通上胶的气泡数减少99%以上！此书包含了133个测试标准。是线路板品质方面实用地一本好书.2.2覆铜箔层压板的特性绝缘电阻的测试（体积电阻和表面电阻）——表面电阻：首先在层压板的表面上制作电极，测量电极是1与2，而第3电极是保护电极。ASTM-AmericanSocietyforTestingandMaterials测量电流在电极1与2之间，漏电流在1与3之间。加500V的电压在试样上，经过60秒后，用精度为1011的兆欧电桥测量。表面电阻按下式计算：r—表面电阻（兆欧）R—测得的表面电阻（兆欧）L—被保护电极的有效周长（厘米）D—内圆和外部保护环之间的距离（厘米）DLRr——体积电阻：用测量表面电阻的ASTM电极图也能测量体积电阻，测量电极在1与3之间，而漏泄电流在2与3之间。体积电阻率按下式计算：tRArr—体积电阻率（兆欧-厘米）R—测得的体积电阻A—被保护电极的有效面积（厘米2）t—试样的平均测量厚度（厘米）保护环+低电位-测量时的清洁程序:a.从蚀刻液中取出试样,然后装架,在60℃流水中洗5min。b.试样放在10％的草酸中搅拌10分钟c.用细浮石擦洗d.试样放在60±5℃的流水中30分钟e.用未使用的软化水清洗。f.把试样放在80℃的烘箱中烘1小时g.取出并放入无尘干燥器中注意：清洗时用手套，用夹子拿试样。2.3高性能PCB板对覆铜板的基本要求高性能板是指HDI板、集成元件多层板(埋入无源元件)和高多层板(母板或背板和高密度的插件板等)以及特种印制板等。对覆铜板材料的主要要求有：(1)高耐热性或高Tg温度(2)高尺寸稳定性或低CTE特性(3)低的介电常数和高的介电常数(4)耐离子迁移性(5)介质层厚度均匀性和平整度(6)特种覆铜板材料，如导热覆铜材料、平面R和L等2.3.1高玻璃化温度（Tg）基板材料什么是玻璃化温度?Tg是高聚物的重要特征温度，叫玻璃化温度。当温度低于Tg时，高聚物是刚硬的，处于玻璃态。在Tg-Tf（粘流温度）时，高聚物呈高弹态（也叫橡胶态）:弹性变形量高达100%～1000%，弹性材料小，且变形时生热，回弹时放热。超过Tf，分子链作为一个整体可以相对滑动，呈粘性液体。PCB在加工、装配和使用时基材树脂（1）层数多、厚度厚和面积大的高性能板，在焊接时，需要有更多的热容量，才能保证焊接的可靠性，否则，采用常规PCB的焊接温度和焊接时间，会造成“虚焊”。因此，高性能板比起常规的应具有更高的Tg。一般为170℃，高Tg要求220-260℃。PPO：聚苯醚树脂BT：双马来酰亚胺三嗪树脂焊料体系含量比共熔点热风整平温度最高焊接温度Sn-Pb63/3718323-240220-240Sn-Ag-Cu96.5/3/0.5217250-260250-260Sn-Cu99.2/0.8227260-270260-270无铅焊料熔融时的表面张力比Sn/Pb焊料大（使液体表面收缩到最小面积的力），为了达到焊接时结晶细腻与强度好，必须增加焊接的时间，且迅速降温。——耐热性与抗热冲击能力强。（2）使用无铅焊料焊接时，焊接温度还会再增加20-30℃，增加焊接时间。（3）基板的Tg温度主要是由基板中的树脂类型决定的PPE：热固性聚苯醚树脂2.3.2高尺寸稳定性或低的热膨胀系数（CoefficientofThermalExpansion—CTE）特性（1）基材的CTE会带来板面尺寸的改变。当基材的Tg较低时，高温焊接会引起多层板变形而影响高性能板的可靠性。——树脂的CTE：＜Tg时，40一100ppm/℃；≥Tg时，≥200ppm/℃——玻纤布的CTE：5-7ppm/℃——表面贴装元器件(SMD)的引脚的CTE：5-7ppm/℃——基材的CTE对层间对位度带来对位不准（2）基材的CTE降低导通孔的可靠性2.3.3低的介电常数—核心发展低介电常数玻璃纤维（1）提高PCB导线的信号传输速度V(m/s)（2）减少信号传输(送)损失（3）介电常数对阻抗的影响为什么要发展低介电常数玻璃纤维？数字模拟、高速数字信息处理和宽频高速通讯等新技术都需要低介电常数和低介电损耗的CCL，高频电路的信号传播速度：K1常数,vC光速,为CCL的介电常数cvKV1同时CCL在高频电场作用下，因发而消耗能量，使高频传播信号的损失：K2常数，f频率;为CCL的介电损失角正切tan2rdfcvKtan介电常数对阻抗的影响对多层板：降低了板厚/孔径，有利于：层压—钻孔—孔金属化—电镀→V11+