CB用基板材料培训

PCB专业知识第二讲

PCB用基板材料方东炜技术服务工程师/工艺部程杰业务经理/市场部概念基材分类基材主要性能指标高性能板材生益科技高性能板材介绍双面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——概念覆铜板半固化片——概念覆铜板生产流程——概念上胶机压机覆铜板主要生产设备——概念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——概念半固化片

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——概念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）——基材分类环氧玻纤布基板（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（不阻燃）、FR-5(保留热强度，不阻燃）。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；——基材分类环氧玻纤布布基板主要要组成:E型玻纤布布(GlassFiberPaper)型号号7628、、2116、1080、3313、1500、、106等等环氧树脂（（Resin）双官能团树树脂、多官官能团树脂脂；铜箔（Copper）电解铜箔（（1/3OZ,1/2OZ,10Z,20Z,30Z,50Z)压延铜箔（（主要应用用在扰性覆覆铜板上））固化剂DICYNOVOLAC玻璃布——基材分分类玻璃布常见的半固固化片规格格型号1082116L2116A2116H15007628L7628A7628H7628M厚度mil344.55677.59.38——基材分分类树脂基板材料生生产过程中中，高分子子树脂（PolymerResin)是重要要的原料之之一，根据据不同类型型的基板要要求，可以以采用不同同的树脂，，常用的有有：酚酫树树脂、环氧氧树脂、三三聚氰胺甲甲醛树脂，，聚酯树脂脂以及一些些特殊树脂脂如PI、、PTFE、BT、、PPE。。——基材分分类铜箔按照铜箔的不不同制法可分分为压延铜箔箔和电解铜箔箔两大类。（1）压延铜铜箔是将铜板板经过多次重重复辊轧而制制成的原箔（（也叫毛箔）），根据要求求进行粗化处处理。由于压压延加工工艺艺的限制，其其宽度很难满满足刚性覆铜铜板的要求，，所以在刚性性覆铜板上使使用极少；由由于压延铜箔箔耐折性和弹弹性系数大于于电解铜箔，，故适于柔性性覆铜箔上；；（2）电解铜铜箔是将铜先先溶解制成溶溶液，再在专专用的电解设设备中将硫酸酸铜电解液在在直流电的作作用下，电沉沉积而制成铜铜箔，然后根根据要求对原原箔进行表面面处理、耐热热层处理和防防氧化等一系系列的表面处处理。——基材分类类复合基板(compositeepoxymaterial)面料和芯料由由不同的增强强材料构成的的刚性覆铜板板，称为复合合基覆铜板。。这类板主要要是CEM系系列覆铜板。。其中CEM-1(环氧氧纸基芯料)和CEM-3(环氧玻玻璃无纺布芯芯料)是CEM中两个重重要的品种。。具有优异的机机械加工性，，适合冲孔工工艺；由于增强材料料的限制，一一般板材最薄薄厚度为0.6mm，最最厚为2.0mm;填料的不同可可以使得基材材有不同功能能：如适合LED用的白白板、黑板；；家电行业用用的高CTI板等等；CEM-1CEM-1覆覆铜板的结构构：由两种不不同的基材组组成，即面料料是玻纤布，，芯料是纸或或玻璃纸，树树脂均是环氧氧树脂。产品品以单面覆铜铜板为主；CEM-1覆覆铜板的特点点：产品的主主要性能优于于纸基覆铜板板；具有优异异的机械加工工性；成本低低于玻纤覆铜铜板；CEM-3CEM-3是是性能水平、、价格介于CEM-1和和FR-4之之间的复合型型覆铜板层压压板，这种板板材用浸渍环环氧树脂的玻玻纤布作板面面，环氧树脂脂玻纤纸作芯芯料，单面或或双面覆盖铜铜箔后热压而而成。——基材分类类复合基板CEM增强材料料料玻璃纸或纤维维纸CEM-3玻玻璃纸CEM-1纤纤维纸玻璃布7628为主主要填料氢氧化铝、滑滑石粉等等玻纤纸——基材分类类铜箔玻璃布面料芯料玻璃布面料铜箔复合基板结构构——基材分类类——基材分类类CCL厚度分分布范围FR-4Min.0.05mmtoMax.3.2mmCEM-3Min.0.8mmtoMax.1.6mm——基材分类类积层电路板板板材：覆铜箔箔树脂RCC覆铜铜箔树脂RCC定义：RCC是在极薄的的电解铜箔（（厚度一般不不超过18um)的粗化化面上精精密涂覆上一一层或两层特特殊的环氧树树脂或其他高高性能树脂（（树脂厚度一一般60-80um），，经烘箱干燥燥脱去溶剂、、树脂半固片片达到B阶形形成的。RCC在HDI多层板的制制作过程中，，取代传统的的黏结片与铜铜箔的作用，，作为绝缘介介质的导电层层，可以采用用非机械钻孔孔技术（通常常为激光成孔孔等新技术））形成微孔，，达到电气连连通，从而实实现印制板的的高密度化。。——基材分类类积层电路板板板材：覆铜箔箔树脂RCC覆铜铜箔树脂RCCRCC的组成成：RCC是是在超薄铜箔箔的粗化面上上涂覆一层能能满足特定性性能要求的高高性能树脂组组合物，然后后经烘箱干燥燥半固化，在在铜箔的粗化化面上形成一一层厚度均匀匀的树脂而构构成，结构图图如下：树脂层30-100um铜箔一般12um——基材分类类基材常见的性性能指标正如评价一台台电脑优劣可可用四个性能能指标：运算算速度、字长长、内存的容容量和硬盘的的容量，印制制电路板用基基材也有四个个最主要的性性能指标：Tg(玻玻璃璃化化转转变变临临界界温温度度)介电电常常数数热膨膨胀胀系系数数（（CTE））UV阻阻挡挡性性能能———基基材材主主要要性性能能指指标标生益益普普通通FR-4(S1141)性性能能指指标标———基基材材主主要要性性能能指指标标基材材常常见见的的性性能能指指标标：：Tg温温度度玻璃璃化化转转变变温温度度（（Tg)目前前FR-4板板的的Tg值值一一般般在在130-140度度，，而而在在印印制制板板制制程程中中，，有有几几个个工工序序的的问问题题会会超超过过此此范范围围，，对对制制品品的的加加工工效效果果及及最最终终状状态态会会产产生生一一定定的的影影响响。。因因此此，，提提高高Tg是是提提高高FR-4耐耐热热性性的的一一个个主主要要方方法法。。其其中中一一个个重重要要手手段段就就是是提提高高固固化化体体系系的的关关联联密密度度或或在在树树脂脂配配方方中中增增加加芳芳香香基基的的含含量量。。在在一一般般FR-4树树脂脂配配方方中中，，引引入入部部分分三三官官能能团团及及多多功功能能团团的的环环氧氧树树脂脂或或是是引引入入部部分分酚酚酫酫型型环环氧氧树树脂脂，，把把Tg值值提提高高到到160-200度度左左右右。。——基基材主主要性性能指指标——基基材主主要性性能指指标基材常常见的的性能能指标标：介介电常常数DK介电常常数随着电电子技技术的的迅速速发展展，信信息处处理和和信息息传播播速度度提高高，为为了扩扩大通通讯通通道，，使用用频率率向高高频领领域转转移，，它要要求基基板材材料具具有较较低的的介电电常数数e和和低介介电损损耗正正切tg。。只有有降低低e才才能获获得高高的信信号传传播速速度，，也只只有降降低tg,才能能减少少信号号传播播损失失。(关于于介电电常数数e和和介电电损耗耗正切切tg和传传播速速度、、传播播损失失的关关系详详见特殊板板材：：PTFE一章章)——基基材主主要性性能指指标基材常常见的的性能能指标标：热热膨胀胀系数数热膨胀胀系数数（CTE）随着印印制板板精密密化、、多层层化以以及BGA,CSP等技技术的的发展展，对对覆铜铜板尺尺寸的的稳定定性提提出了了更高高的要要求。。覆铜铜板的的尺寸寸稳定定性虽虽然和和生产产工艺艺有关关，但但主要要还是是取决决于构构成覆覆铜板板的三三种原原材料料：树树脂、、增强强材料料、铜铜箔。。通常常采取取的方方法是是（1）对对树脂脂进行行改性性，如如改性性环氧氧树脂脂（2）降降低树树脂的的含量量比例例,但但这样样会降降低基基板的的电绝绝缘性性能和和化学学性能能；铜铜箔对对覆铜铜板的的尺寸寸稳定定性影影响比比较小小。——基材主主要性能指指标TMA曲线线图——基材主主要性能指指标基材常见的的性能指标标：UV阻阻挡性能UV阻挡性性能今年来，在在电路板制制作过程中中，随着光光敏阻焊剂剂的推广使使用，为了了避免两面面相互影响响产生重影影，要求所所有基板必必须具有屏屏蔽UV的的功能。阻挡挡紫紫外外光光透透过过的的方方法法很很多多，，一一般般可可以以对对玻玻纤纤布布和和环环氧氧树树脂脂中中一一种种或或两两种种进进行行改改性性，，如如使使用用具具有有UV-BLOCK和和自自动动化化光光学学检检测测功功能能的的环环氧氧树树脂脂。。———基基材材主主要要性性能能指指标标几种种高高性性能能板板材材耐CAF板材材无卤素板材ROHS标准准和符合ROHS标准板材聚四氟乙烯(PTFE)PPE玻纤布布覆铜板BT——高性能板板材什么叫离子迁迁移性？离子迁移性的的英语称为：：CAF(ConductiveAnodicFilament)growth，也有写写作Electro-migration.日语称作耐电电食（蚀）性性。离子迁移它是是在线路板两两正负电极间间沿玻璃纤维维表面出现导导电丝生长而而发生绝缘破破坏的现象。。——高性能板板材高性能板材：：耐CAF板板材耐CAF板材材随着电子工业业的飞速发展展，电子产品品轻、薄、短短、小化，PCB的孔间间距和线间距距就会变的越越来越小，线线路也越来越越细密，这样样一来PCB的耐离子迁迁移性能就变变的越来越重重视。离子迁迁移（ConductiveAnodicFilament简简称CAF）），最先是由由贝尔实验室室的研究人员员于1955年发现的，，它是指金属属离子在电场场的作用下在在非金属介质质中发生的电电迁移化学反反应，从而在在电路的阳极极、阴极间形形成一个导电电通道而导致致电路短路。。——高性能板板材为什么会提出出耐离子迁移移性？随着电子产品品的多功能化化与轻薄小型型化，使得线线路板的线路路与孔越来越越细密，绝缘缘距离更加短短小，这对绝绝缘基材的绝绝缘性能要求求更高。特别是在潮湿湿环境下，由由于基材的吸吸潮性，玻璃璃与树脂界面面结合为最薄薄弱点，基材材中可水解的的游离离子缓缓慢聚集，这这些离子在电电场作用下在在电极间移动动而形成导电电通道，如如果电极间距距离越小，形形成通道时间间越短，基材材绝缘破坏越越快。过去由于线路路密度小，电电子产品使用用10万小时时以上也没有有问题，现在在密度高也许许1万小时就就发生绝缘性性能下降的现现象。因此对对基材提出了了耐离子迁移移的问题。——高性能板板材CAF的生长长机理在阳极，铜失失去电子变成成铜离子。在阴极，铜离离子获得电子子还原成铜。。于是出现铜铜丝生长。——高性能板板材离子迁移对电电子产品的危危害1）电子产品品信号变差，，性能下降，，可靠性下降降。2）电子产品品使用寿命缩缩短。3）能耗提高高。4）绝缘破坏坏，可能出现现短路而发生生火灾安全问问题。——高性能板板材高性能板材：：耐CAF板板材耐CAF板材材迁移的形式式离子迁移的形形式有孔与孔孔（HoleToHole）、、孔与线（HoleToLine）、线与与线（LineToLine）、层与层层（LayerToLayer），其中最最容易发生在在孔与孔之间间。如下图所所示:——高性能板板材离子迁移的四四种情形a）孔间b）导线与孔孔c）层层间d）导导线间AnodeCathodeE-glassfibers~10mmdia.PWBCAFAnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.AnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.(a)(d)(b)(c)AnodeCathode——高性能板板材TestCondition：：85℃、85%RH，，DC50VSampleConstruction：：TH-TH0.65mm,Space0.25mm,L-L0.10mmSampleType：FR-4S1170——高性能板板材普通FR-4S1141耐CAFFR-4S1141KF——高性能板板材ROHS标准准ROHS标准准定义RoHS是《电气、电电子设备中限限制使用某些些有害物质指指令》(theRestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesinelectricalandelectronicequipment)的的英文缩写。。此指令主要要是对产品中中的铅、汞、、镉、六价铬铬、聚溴联苯苯(PBB)及聚溴联苯苯醚(PBDE)含量进进行限制。不符合ROHS标准有害物质RoHS一共共列出六种有有害物质，包包括：铅Pb，镉Cd，，汞Hg，六六价铬Cr6＋，聚溴联联苯PBB，，聚溴联苯醚醚PBDE。。ROHS标准准实施时间欧盟将在2006年7月月1日实施RoHS，届届时，不符合合标准的电气气电子产品将将不允许进入入欧盟市场。。ROHS工艺艺实施目前印制板采采用的无铅化化表面处理方方法有涂覆可可焊性有机保保护层（OSP）、电镀镀镍/金，化化学镀镍/金金、电镀锡、、化学镀锡、、化学镀银、、热风整平无无铅焊锡等。。这些表面处处理方法有的的在印制板产产品得到大量量应用，有的的还在推广中中。无铅焊锡锡热风整平工工艺与设备也也已进入试用用之中。——高高性能能板材材板材的的发展展趋势势：两两大发发展趋趋势无卤化化；无铅化化；——高高性能能板材材性能板板材:无卤卤素板板材无卤素素板材材，还还有以以下的的其他他称呼呼：环保型型覆铜铜板EnvironmentalProtectionCCL无卤型型覆铜铜板Halogen-FreeCCL绿色覆覆铜板板GreenCCL无卤无无锑型型覆铜铜板Halogen/AntimonyFreeCCL环境调调和型型覆铜铜板EnvironmentallyConsciousCCL环境友友好型型覆铜铜板Environment-FriendlyCCL——高高性能能板材材板材的的发展展趋势势：无无卤和和无铅铅被列入入禁用用的六六种有有害物物质与与印制制板直直接相相关的的是铅铅、聚聚溴联联苯（（PBB））和聚聚溴二二苯醚醚（PBDE））。铅铅是用用于印印制板板板面面连接接盘上上可焊焊性锡锡铅涂涂覆层层，有有热风风整平平锡铅铅焊料料或电电镀锡锡铅形形成；；PBB与与PBDE类溴溴化物物是用用作印印制板板基材材覆铜铜箔层层压板板与半半固化化片的的阻燃燃剂，，被混混合在在树脂脂中。。——高高性能能板材材高性能能板材材：无无卤素素板材材无卤素素板材材定义义：①阻阻燃性性达到到UL94V-0级。。②不不含卤卤素（（JPCA标准准:Cl≤900ppm、、Br≤900ppm)、锑锑、红红磷等等，板板材燃燃烧时时发烟烟量少少、难难闻闻气味味少。。③在在生产产、加加工、、应用用、火火灾、、废弃弃处理理（回回收、、掩埋埋、燃燃烧烧）过过程程中，，不会会产生生对人人体和和环境境有害害的物物质质。④一一般性性能与与普通通板材材相同同，达达到IPC-4101标标准。。⑤PCB加工工性与与普通通板材材基本本相同同。⑥以以后它它还要要求节节能、、能回回收利利用。。——高高性能能板材材高性能能板材材:无无卤素素板材材无卤素素板材材开发发背景景（一一）：：电子工工业的的飞速速发展展，导导致了了电气气电子子产品品废弃弃物（（WEEE）骤骤增。。据统计计，欧欧盟每每年产产生的的WEEE高达达六百百万吨吨（人人均14kg）），预预计未未来2-3年将将增至至约900万吨吨！报废的的电器器在处处理、、回收收利用用时，，含有有的铅铅、汞汞等重重金属属和卤卤素会会对环环境(水水、土土壤、、空气气等)造成成污染染。据有关关资料料显示示，我我国每每年有有数千千吨印印制线线路板板遗弃弃并混混进一一般生生活垃垃圾。。——高高性能能板材材高性能能板材材:无无卤素素板材材无卤素素板材材开发发背景景(二二)：：上世纪纪七、、八十十年代代，德德国和和意大大利阻阻燃剂剂有专专家认认为吸吸入Sb2O3粉粉尘会会致肺肺癌。。1982年年，瑞瑞士联联邦研研究所所发现现，含含卤化化合物物不完完全燃燃烧时时（燃燃烧温温度510~630℃））会产产生二二噁英英。1985年年，德德国绿绿色和和平组组织员员在含含溴化化合物物材料料燃烧烧产物物中检检查出出二噁噁英。。同时，，荷兰兰牧场场主反反映，，燃烧烧含溴溴化合合物废废弃产产品时时，检检测到到烟尘尘中有有二噁噁英化化学结结构物物质。。上世纪纪九十十年代代中期期，日日本厚厚生省省指出出，在在焚烧烧炉废废气中中发现现二噁噁英。。——高高性能能板材材高性能能板材材:无无卤素素板材材如何开开发无无卤素素板材材环保型型PCB不不仅要要求采采用环环保型型覆铜铜板，，也要要求所所用化化学原原料和和制作作工艺艺的环环保化化，例例，用用次亚亚磷酸酸钠或或硼氢氢化物物作还还原剂剂进行行化学学镀铜铜，而而不用用有害害的甲甲醛；；采用用羟基基磺酸酸来取取代氟氟硼酸酸；用用锡镀镀层取取代铅铅锡合合金镀镀层等等；采采用无无氟无无铅镀镀锡；；采用用银浆浆贯孔孔工艺艺；采采用无无铅焊焊接工工艺（（Pb-free））等等等。——高性性能板材材板材的发发展趋势势：责任任承担无卤化：：无卤素阻阻燃型覆覆铜箔层层压板材材料是由由印制板板上游材材料制制造厂解解决，绿绿色新材材料已在在批量化化推广中中；无铅化：：无铅化印印制板就就由印制制板生产产厂来承承担。——高性性能板材材板材的发发展趋势势：无卤卤化无卤化：：印制板基基材覆铜铜箔层压压板是由由树脂、、增强物物（玻璃璃布或纤纤维纸））、铜箔箔组成，，在树脂脂中加入入阻燃剂剂提高印印制板的的防火安安全性。。常用阻阻燃剂主主要是卤卤素（溴溴）化合合物，含含有PBB与PBDE，将被被禁止使使用。代替卤素阻阻燃剂的现现有磷化物物、氮化物物、有机硅硅等。代替替卤素化合合物阻燃剂剂现多数采采用磷化物物阻燃剂，，但磷化物物阻燃剂稳稳定性差，，磷也有潜潜在毒性，，因此也有有提出无卤卤无磷环保保要求。磷磷化物与氮氮化物混合合使用有较较佳效果，，有机硅阻阻燃剂耐热热性高，膨膨胀系数小小，尺寸稳稳定性好。。更进一步步研究是采采用纳米级级微粒阻燃燃物。——高性能能板材板材的发展展趋势：无无铅化无铅化：(1)印制制板上涂覆覆锡铅焊料料早就存在在，并且是是目前应用用最多、可可焊性最有有效的印制制板连接盘盘保护层。。印制板表表面涂覆锡锡铅焊料的的工艺方法法有热风整整平锡铅焊焊料或电镀镀锡铅合金金，根据欧欧盟和有关关国家法规规在国家法法规在2006年7月前将完完全被取消消。目前印制板板采用的无无铅化表面面处理方法法有涂覆可可焊性有机机保护层（（OSP））、电镀镍镍/金，化化学镀镍/金、电镀镀锡、化学学镀锡、化化学镀银、、热风整平平无铅焊锡锡等。这些些表面处理理方法有的的在印制板板产品得到到大量应用用，有的还还在推广中中。无铅焊焊锡热风整整平工艺与与设备也已已进入试用用之中。——高性能能板材板材的发展展趋势：无无铅化无铅化：(2)代替替锡铅焊料料的无铅焊焊料，有锡锡银焊料、、锡银铅焊焊料、锡锌锌焊料，锡锡铋焊料、、锡银铋焊焊料等等。。现在推广广应用较多多的是锡银银铜焊料（（95.5Sn/4Ag/0.5Cu），熔点点在217℃。这种种无铅焊料料的熔点比比锡铅焊料料（63Sn/37Pb）熔熔点183℃，高出出34℃，，无疑在焊焊接时温度度要提高，，印制板的的耐温性也也要提高。。无铅焊料料的焊接温温度比通常常锡铅焊料料的焊接温温度要高出出30℃-40℃，，要求印制制板基材玻玻璃化转化化温度（Tg）高，，耐热性好好；也要求求多层板层层压与金属属化孔可靠靠，不可出出现受热分分层或孔壁壁断裂。这这是无铅化化对印制板板性能的新新要求。——高性能能板材高性能板材材：聚四氟乙烯聚四氟乙烯烯(P