PCB基材及工艺设计、工艺标准剖析

PCB用基板材料®PCB专业知识第二讲PCB用基板材料程杰业务经理/市场部方东炜技术服务工程师/工艺部PCB用基板材料®双面PCB用基材组成双面覆铜板单面PCB用基材组成单面覆铜板多层PCB用基材组成铜箔半固化片芯板铜箔半固化片覆铜板半固片铜箔PCB用基板材料®覆铜板半固化片PCB用基板材料®覆铜板生产流程PCB用基板材料®上胶机压机覆铜板主要生产设备PCB用基板材料®生益科技自动剪切线↑生益CCL自动分发线↓生益小板自动开料机PCB用基板材料®半固化片在多层电路板层压时使用的半固化片，是覆铜板在制作过程中的半成品。在环氧玻纤布覆铜板生产过程中，玻纤布经上胶机上胶并烘干至“B”阶（B”阶是指高分子物已经相当部分关联，但此时物料仍然处于可溶、可熔状态），此种半成品俗称黏结片。它有两种用途，一是直接用于压制覆铜板，通常称为黏结片；另一种直接作为商品出售，供应印制板厂，该片用于多层板的压合，通常称为半固化片；二者的英文名均为prepreg。它们的生产过程是一样的。半固化片半固化片生产车间PCB用基板材料®PCB用基材的分类：1、按增强材料不同（最常用的分类方法）纸基板（FR-1,FR-2,FR-3)环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5)复合基板(CEM-1,CEM-3)HDI板材（RCC)特殊基材(金属类基材、陶瓷类基材、热塑性基材等)2、按树脂不同来分酚酫树脂板环氧树脂板聚脂树脂板BT树脂板PI树脂板3、按阻燃性能来分阻燃型（UL94-VO,UL94-V1)非阻燃型（UL94-HB级）PCB用基板材料®非阻燃型阻燃型（V-0、V-1）刚性板纸基板XPC、XXXPCFR-1、FR-2、FR-3复合基板CEM-2、CEM-4CEM-1、CEM-3CEM-5玻纤布基板G-10、G-11FR-4、FR-5PI板、PTFE板、BT板、PPE（PPO）板、CE板等。涂树脂铜箔（RCC）、金属基板、陶瓷基板等。挠性板聚酯薄膜挠性覆铜板、聚酰亚胺薄膜挠性覆铜板PCB用基板材料®环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5)(1)环氧玻纤布覆铜板强度高，耐热性好，介电性好，基板通孔可金属化，实现双面和多层印刷层与层间的电路导通，环氧玻纤布覆铜板是覆铜板所有品质中用途最广、用量最大的一类。广泛用于移动通讯，数字电视，卫星，雷达等产品中。在全世界各类覆铜板中，纸基覆铜板和环氧玻纤布覆铜板约占92%(2)在NEMA标准中，环氧玻纤布覆铜板有四种型号：G10(不组燃）、G11(保留热强度，不阻燃）、FR-4（阻燃）、FR-5(保留热强度，阻燃）。目前环氧玻纤布覆铜板中，FR-4板用量占90%以上，它已经发展成为可适用于不同用途环氧玻纤布覆铜板的总称；PCB用基板材料®环氧玻纤布基板主要组成:E型玻纤布(GlassFiberPaper)型号7628、2116、1080、3313、1500、106等环氧树脂（Resin）双官能团树脂、多官能团树脂；铜箔（Copper）电解铜箔（1/3OZ,1/2OZ,10Z,20Z,30Z,50Z)压延铜箔（主要应用在绕性覆铜板上）固化剂DICYNOVOLAC玻璃布PCB用基板材料®玻璃布常见的半固化片规格型号10802116L2116A2116H15007628L7628A7628H7628M厚度mil344.55677.59.38PCB用基板材料®树脂基板材料生产过程中，高分子树脂（PolymerResin)是重要的原料之一，根据不同类型的基板要求，可以采用不同的树脂，常用的有：酚酫树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂，聚酯树脂以及一些特殊树脂如PI、PTFE、BT、PPE。PCB用基板材料®铜箔按照铜箔的不同制法可分为压延铜箔和电解铜箔两大类。（1）压延铜箔是将铜板经过多次重复辊轧而制成的原箔（也叫毛箔），根据要求进行粗化处理。由于压延加工工艺的限制，其宽度很难满足刚性覆铜板的要求，所以在刚性覆铜板上使用极少；由于压延铜箔耐折性和弹性系数大于电解铜箔，故适于柔性覆铜箔上；（2）电解铜箔是将铜先溶解制成溶液，再在专用的电解设备中将硫酸铜电解液在直流电的作用下，电沉积而制成铜箔，然后根据要求对原箔进行表面处理、耐热层处理和防氧化等一系列的表面处理。PCB用基板材料®复合基板(compositeepoxymaterial)面料和芯料由不同的增强材料构成的刚性覆铜板，称为复合基覆铜板。这类板主要是CEM系列覆铜板。其中CEM-1(环氧纸基芯料)和CEM-3(环氧玻璃无纺布芯料)是CEM中两个重要的品种。具有优异的机械加工性，适合冲孔工艺；由于增强材料的限制，一般板材最薄厚度为0.6mm，最厚为2.0mm;填料的不同可以使得基材有不同功能：如适合LED用的白板、黑板；家电行业用的高CTI板等等；CEM-1CEM-1覆铜板的结构：由两种不同的基材组成，即面料是玻纤布，芯料是纸或玻璃纸，树脂均是环氧树脂。产品以单面覆铜板为主；CEM-1覆铜板的特点：产品的主要性能优于纸基覆铜板；具有优异的机械加工性；成本低于玻纤覆铜板；CEM-3CEM-3是性能水平、价格介于CEM-1和FR-4之间的复合型覆铜板层压板，这种板材用浸渍环氧树脂的玻纤布作板面，环氧树脂玻纤纸作芯料，单面或双面覆盖铜箔后热压而成。PCB用基板材料®复合基板CEM增强材料料玻璃纸或纤维纸CEM-3玻璃纸CEM-1纤维纸玻璃布7628为主要填料氢氧化铝、滑石粉等等玻纤纸PCB用基板材料®铜箔玻璃布面料芯料玻璃布面料铜箔复合基板结构PCB用基板材料®CEM-1覆铜板生产流程玻纤布上胶芯料一遍上胶（水溶性树脂）面料树脂木浆纸纸二遍上胶（环氧树脂）铜箔组合面料CEM-1覆铜板热压PCB用基板材料®CCL厚度分布范围FR-4Min.0.05mmtoMax.3.2mmCEM-3Min.0.6mmtoMax.1.6mmPCB用基板材料®积层电路板板材：覆铜箔树脂RCC覆铜箔树脂RCC定义：RCC是在极薄的电解铜箔（厚度一般不超过18um)的粗化面上精密涂覆上一层或两层特殊的环氧树脂或其他高性能树脂（树脂厚度一般60-80um），经烘箱干燥脱去溶剂、树脂半固片达到B阶形成的。RCC在HDI多层板的制作过程中，取代传统的黏结片与铜箔的作用，作为绝缘介质的导电层，可以采用非机械钻孔技术（通常为激光成孔等新技术）形成微孔，达到电气连通，从而实现印制板的高密度化。PCB用基板材料®积层电路板板材：覆铜箔树脂RCC覆铜箔树脂RCCRCC的组成：RCC是在超薄铜箔的粗化面上涂覆一层能满足特定性能要求的高性能树脂组合物，然后经烘箱干燥半固化，在铜箔的粗化面上形成一层厚度均匀的树脂而构成，结构图如下：树脂层30-100um铜箔一般9、12、18umPCB用基板材料®生益普通FR-4(S1141)性能指标PCB用基板材料®基材常见的性能指标：Tg温度玻璃化转变温度（Tg)目前FR-4板的Tg值一般在130-140度，而在印制板制程中，有几个工序的问题会超过此范围，对制品的加工效果及最终状态会产生一定的影响。因此，提高Tg是提高FR-4耐热性的一个主要方法。其中一个重要手段就是提高固化体系的关联密度或在树脂配方中增加芳香基的含量。在一般FR-4树脂配方中，引入部分三官能团及多功能团的环氧树脂或是引入部分酚酫型环氧树脂，把Tg值提高到160-200度左右。PCB用基板材料®176.99°C(I)170.43°C182.38°C177.30°C(I)171.75°C178.88°C-0.35-0.30-0.25-0.20热流(W/g)80100120140160180200温度(°C)样品:7A大小:18.5000mg方法:DSC220DSC目录:D:\检验结果\DSC检验结果\7A运行日期:2005-01-1114:37仪器:DSCQ10V9.0Build275向上放热UniversalV4.1DTAInstrumentsPCB用基板材料®基材常见的性能指标：介电常数DK介电常数随着电子技术的迅速发展，信息处理和信息传播速度提高，为了扩大通讯通道，使用频率向高频领域转移，它要求基板材料具有较低的介电常数e和低介电损耗正切tg。只有降低e才能获得高的信号传播速度，也只有降低tg,才能减少信号传播损失。(关于介电常数e和介电损耗正切tg和传播速度、传播损失的关系详见特殊板材：PTFE一章)PCB用基板材料®基材常见的性能指标：热膨胀系数热膨胀系数（CTE）随着印制板精密化、多层化以及BGA,CSP等技术的发展，对覆铜板尺寸的稳定性提出了更高的要求。覆铜板的尺寸稳定性虽然和生产工艺有关，但主要还是取决于构成覆铜板的三种原材料：树脂、增强材料、铜箔。通常采取的方法是（1）对树脂进行改性，如改性环氧树脂（2）降低树脂的含量比例,但这样会降低基板的电绝缘性能和化学性能；铜箔对覆铜板的尺寸稳定性影响比较小。PCB用基板材料®S1170与普通FR-4的TMA曲线01020304050607080050100150200250300温度（C）尺寸变化值(um)普通FR-4S1170TMA曲线图PCB用基板材料®基材常见的性能指标：UV阻挡性能UV阻挡性能今年来，在电路板制作过程中，随着光敏阻焊剂的推广使用，为了避免两面相互影响产生重影，要求所有基板必须具有屏蔽UV的功能。阻挡紫外光透过的方法很多，一般可以对玻纤布和环氧树脂中一种或两种进行改性，如使用具有UV-BLOCK和自动化光学检测功能的环氧树脂。PCB用基板材料®几种高性能板材耐CAF板材无卤素板材ROHS标准和符合ROHS标准板材聚四氟乙烯(PTFE)PPE玻纤布覆铜板BTPCB用基板材料®高性能板材：耐CAF板材耐CAF板材随着电子工业的飞速发展，电子产品轻、薄、短、小化，PCB的孔间距和线间距就会变的越来越小，线路也越来越细密，这样一来PCB的耐离子迁移性能就变的越来越重视。离子迁移（ConductiveAnodicFilament简称CAF），最先是由贝尔实验室的研究人员于1955年发现的，它是指金属离子在电场的作用下在非金属介质中发生的电迁移化学反应，从而在电路的阳极、阴极间形成一个导电通道而导致电路短路。PCB用基板材料®为什么会提出耐离子迁移性？随着电子产品的多功能化与轻薄小型化，使得线路板的线路与孔越来越细密，绝缘距离更加短小，这对绝缘基材的绝缘性能要求更高。特别是在潮湿环境下，由于基材的吸潮性，玻璃与树脂界面结合为最薄弱点，基材中可水解的游离离子缓慢聚集，这些离子在电场作用下在电极间移动而形成导电通道，如果电极间距离越小，形成通道时间越短，基材绝缘破坏越快。过去由于线路密度小，电子产品使用10万小时以上也没有问题，现在密度高也许1万小时就发生绝缘性能下降的现象。因此对基材提出了耐离子迁移的问题。PCB用基板材料®离子迁移对电子产品的危害1）电子产品信号变差，性能下降，可靠性下降。2）电子产品使用寿命缩短。3）能耗提高。4）绝缘破坏，可能出现短路而发生火灾安全问题。PCB用基板材料®高性能板材：耐CAF板材耐CAF板材迁移的形式离子迁移的形式有孔与孔（HoleToHole）、孔与线（HoleToLine）、线与线（LineToLine）、层与层（LayerToLayer），其中最容易发生在孔与孔之间。如下图所示:PCB用基板材料®离子迁移的四种情形a）孔间b）导线与孔c）层间d）导线间AnodeCathodeE-glassfibers~10mmdia.PWBCAFAnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.AnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.(a)(d)(b)(c)AnodeCathodePCB用基板材料®CAFProperty1.0E+001.0E+021.0E+041.0E+061.0E+081.0E+101.0E+121.0E+1