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常用的PCB基板材料分析

來源:PCB板 編輯:PCB 日期:2019-06-15 瀏覽:

電子信息工業的飛速發展,使電子產品向小型化、功能化、高性能化、高可靠性方向發展。從20世紀70年代中期的一般表面安裝技術(SMT),到90年代的高密度互連表面安裝技術(HDI),以及近年來出現的半導體封裝、IC封裝技術等各種新型封裝技術的應用,電子安裝技術不斷向高密度化方向發展。同時高密度互連技術的發展推動PCB也向高密度方向發展。安裝技術和PCB技術的發展,使作為PCB基板材料---覆銅板的技術也在不斷進步。

專家預測,世界電子信息產業未來10年年均增長率為7.4%,到2020年世界電子信息產業市場將達6.4萬億美元,其中電子整機為3.2萬億美元,而通信設備和計算機即占其中的70%以上,達0.96萬億美元。由此可見,作為電子基礎材料的覆銅板的巨大市場不但會繼續存在,而且正以15%的增長率在不斷發展。覆銅板行業協會發布的相關信息表明,今后五年,為了適應高密度的BGA技術、半導體封裝技術等發展趨勢,高性能薄型化FR-4、高性能樹脂基板等的比例將越來越大。

覆銅板(CCL)作為PCB制造中的基板材料,對PCB主要起互連導通、絕緣和支撐的作用,對電路中信號的傳輸速度、能量損失、特性阻抗等有很大的影響,因此PCB的性能、品質、制造中的加工性、制造水平、制造成本以及長期的可靠性、穩定性等在很大程度上取決于覆銅板材料。

覆銅板技術與生產走過了半個多世紀的發展歷程,現在全世界覆銅板年產量已超過3億平方米,覆銅板已經成為電子信息產品中基礎材料的一個重要組成部分。覆銅板制造行業是一個朝陽工業,它伴隨著電子信息、通信業的發展,具有廣闊的前景,其制造技術是一項多學科相互交叉、相互滲透、相互促進的高新技術。電子信息技術發展的歷程表明,覆銅板技術是推動電子工業飛速發展的關鍵技術之一。

我國覆銅板(CCL)業在未來發展戰略中的重點任務,具體到產品上講,應在五大類新型PCB用基板材料上進行努力,即通過在五大類新型基板材料的開發與技術上的突破,使我國CCL的尖端技術有所提升。以下所列的這五大類新型高性能的CCL產品的開發,是我國覆銅板業的工程技術人員在未來的研發中所要關注的重點課題。

一、
PCB基板材料-無鉛兼容覆銅板

在歐盟的2002年10月11日會議上,通過了兩個環保內容的"歐洲指令"。它們將于2006年7月1日起正式全面實施的決議。兩個"歐洲指令"是指"電氣、電子產品廢棄物指令"(簡稱WEEE)和"特定有害物質使用限制令"(簡稱RoHs),在這兩個法規性的指令中,都明確提到了要禁止使用含鉛的材料,因此,盡快開發無鉛覆銅板是應對這兩個指令的最好辦法。

二、
PCB基板材料-高性能覆銅板

這里所指的高性能覆銅板,包括低介電常數(Dk)覆銅板、高頻高速PCB用覆銅板、高耐熱性覆銅板、積層法多層板用各種基板材料(涂樹脂銅箔、構成積層法多層板絕緣層的有機樹脂薄膜、玻璃纖維增強或其他有機纖維增強的半固化片等)。今后幾年間(至2010年),在開發這一類高性能覆銅板方面,根據預測未來電子安裝技術的發展情況,應該達到相應的性能指標值。

三、
PCB基板材料-IC封裝載板用基板材料

開發IC封裝載板(又稱為IC封裝基板)所用的基板材料,是當前十分重要的課題。也是發展我國IC封裝及微電子技術的迫切需要。伴隨著IC封裝向高頻化、低消耗電能化方向發展,IC封裝基板在低介電常數、低介質損失因子、高熱傳導率等重要性能上將得到提高。今后研究開發的一個重要的課題是基板的熱連接技術-熱散出等的有效的熱協調整合。
為確保IC封裝在設計上的自由度和新IC封裝技術的開發,開展模型化試驗和模擬化試驗是必不可缺的。這兩項工作,對于掌握IC封裝用基板材料的特性要求,即對它的電氣性能、發熱與散熱的性能、可靠性等要求的了解、掌握是很有意義的。另外,還應該與IC封裝的設計業進一步溝通,以達成共識。將所開發的基板材料的性能,及時提供給整機電子產品的設計者,以使設計者能夠建立準確、先進的數據基礎。
IC封裝載板還需要解決與半導體芯片在熱膨脹系數上不一致的問題。即使是適于微細電路制作的積層法多層板,也存在著絕緣基板在熱膨脹系數上普遍過大(一般熱膨脹系數在60ppm/℃)的問題。而基板的熱膨脹系數達到與半導體芯片接近的6ppm左右,確實對基板的制造技術是個"艱難的挑戰"。
為了適應高速化的發展,基板的介電常數應該達到2.0,介質損失因數能夠接近0.001。為此,超越傳統的基板材料及傳統制造工藝界限的新一代印制電路板,預測在2005年左右會在世界上出現。而技術上的突破,首先是在使用新的基板材料上的突破。
預測IC封裝設計、制造技術今后的發展,對它所用的基板材料有更嚴格的要求。這主要表現在以下諸方面:
1.與無鉛焊劑所對應的高Tg性。
2.達到與特性阻抗所匹配的低介質損失因子性。
3.與高速化所對應的低介電常數(ε應接近2)。
4.低的翹曲度性(對基板表面的平坦性的改善)。
5.低吸濕率性。
6.低熱膨脹系數,使熱膨脹系數接近6ppm。
7.IC封裝載板的低成本性。
8.低成本性的內藏元器件的基板材料。
9.為了提高耐熱沖擊性,而在基本的機械強度上進行改善。適于溫度由高到低變化循環下而不降低性能的基板材料。
10.達到低成本性、適于高再流焊溫度的綠色型基板材料。

四、
PCB基板材料具有特殊功能的覆銅板

這里所指的特殊功能的覆銅板,主要是指:金屬基(芯)覆銅板、陶瓷基覆銅板、高介電常數板、埋置無源元件型多層板用覆銅板(或基板材料)、光-電線路基板用覆銅板等。開發、生產這一類覆銅板,不但是電子信息產品新技術發展的需要,而且還是發展我國宇航、軍工的需要。

五、
PCB基板材料高性能撓性覆銅板

自大工業化生產撓性印制電路板(FPC)以來,它已經歷了三十幾年的發展歷程。20世紀70年代,FPC開始邁入了真正工業化的大生產。發展到80年代后期,由于一類新的聚酰亞胺薄膜材料的問世及應用,使FPC出現了無粘接劑型的FPC(一般將其稱為"二層型FPC")。進入90年代,世界上開發出與高密度電路相對應的感光性覆蓋膜,使得FPC在設計方面有了較大的轉變。由于新應用領域的開辟,它的產品形態的概念又發生了不小的變化,其中把它擴展到包括TAB、COB用基板的更大范圍。在90年代的后半期所興起的高密度FPC開始進入規模化的工業生產。它的電路圖形,急劇向更加微細程度發展。高密度FPC的市場需求量也在迅速增長。
目前世界上年生產FPC的產值達到約30億-35億美元。近幾年來,世界的FPC的產量在不斷增長。它在PCB中所占的比例也逐年增加。在美國等國家,FPC占整個印制電路板產值的比例目前已達到13%-16%,FPC越來越成為PCB中一類非常重要的不可缺少的品種。
我國在撓性覆銅板方面,無論是在生產規模上,還是在制造技術水平及原材料制造技術上,都與世界先進國家、地區存在著很大差距,這種差距甚至比剛性覆銅板更大。
總結
覆銅板技術與生產的發展與電子信息工業,特別是與PCB行業的發展是同步的、不可分割的。這是一個不斷創新、不斷追求的過程,覆銅板的進步與發展,也受到電子整機產品、半導體制造技術、電子安裝技術、PCB制造技術的革新發展所驅動,在這種情況下,共同進步,同步發展就顯得尤為重要。

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