高频电路PCB用铜箔产品与技术发展报告幻灯稿PPT课件.ppt

1 目录 1高频化PCB的发展与特性2PCB用铜箔与PCB高频性的关系3国外高频电路PCB用电解铜箔品种的发展4平滑化与瘤化微细颗粒处理新技术的探讨 1 1高频化PCB的发展 近几年高频 高速化PCB的市场得到迅速的扩大 我国PCB业界著名专家梁志立在近期撰写的文章中 总结主要的三条原因 1 民用高频通信高速发展 通信业的快速进步 使原有的民用通信频段显得非常拥挤 某些原军事用途的高频逞信的部分频段从21世纪开始逐渐让给民用 使民用高频通信获得了超常规的速度发展 高频通信在卫星接受 基站 导航 医疗 运输 仓储等各个领域大显身手 1 1高频化PCB的市场扩大 1 2 终端电子产品的高保密性 高传送质量的强烈需求 要求移动电话 汽车电话 无线通信出于高保密性 高传送质量需要 向着高频化发展 高画面质量 要求广播电视传输用甚高频超高频播放节目 高信息量传送信息 要求卫星通信 微波逼信 光纤通信必须高频化 3 计算机技术处理能力增加 信息存储容量增大 迫切要求信号传送高速化 1 表1高频印制电路板应用情况 1 1 2高频化PCB的特性 电子信息产品的高频化 高速化对印制线路板提出了高频特性的要求 高速高频化的PCB 主要表现在三个方面特性 具有传输损失 小 传输延迟时间 Tpd 短 信号传输的失真小的特性 1 具有优秀的介电特性 主要指基板的低相对介电常数与低介质损失因数 并且 PCB的介电常数 介质损失因数在频率 湿度 温度的环境变化下仍能保持稳定 具有特性阻抗 Zo 的高精度控制 赋予PCB高速 高频化的特性 主要是通过两方面的技术途径 一方面 是使这种PCB发展成为高密度布线 微细导线及间距 微小孔径 薄形以及导通 绝缘的高可靠性 这样 可以能进一步缩短信号传输的距离 以减少它在传输中的损失 另一方面 要采用具有高频特性的PCB用基板材料 1 1 3覆铜板高频特性的保证当前的覆铜板制造技术 主要是通过基板材料构成材料中的四种工艺途径 树脂 玻纤布 填料 铜箔 实现它的高频特性 不久的将来 应满足高速传送信号的要求 还将出现基板赋予高频特性的第五种渠道 即基板采用光电布线来传送光信号的形式 我们把它称为光 电复合PCB 在高频基板材料中 目前常用的低Dk 低Df的树脂 主要有聚四氟乙烯树脂 PTFE 聚酰亚胺树脂 PI 热固性氰酸酯树脂 CE 聚苯醚树脂 简称PPE或PPO 改性环氧树脂 低 型EP 苯并环丁烯树脂 简称BCB树脂 双马来酰亚胺三嗪树脂 BT 等 具有高频性覆铜板所用的铜箔 要求采用低轮廓 或超低轮廓 或平滑铜箔 1 2PCB用铜箔与PCB高频性的关系 2 1高频下铜箔在PCB应用的集肤效应 在高频下 基板上的信号传送存在着是在导电体的表面传送的现象 这现象的原理 可用集肤效应来解释 当交变电流通过导体时 根据楞次定律所揭示变化规律 电流将趋于导体表面流过 这种现象叫集肤效应 skineffect 又称趋肤效应 表皮效应 电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时 会聚集于导体表层 而非平均分布于整个导体的截面积中 频率越高 集肤效应越显著 高频率下在PCB的导线上出现的集肤效应现象见图1所示 1 图1高频率下在PCB的导线上出现的集肤效应现象 1 表2不同频率下的集肤效应的厚度 1 由于在高频下基板上的信号传送聚集于导体表层进行 因此铜箔作为基板的导电层重要部分 它的表面轮廓度大小对信号传送损失的影响十分重要 为了减少高频电路的信号传送损失 需要采用低轮廓度铜箔 平滑面铜箔 不同表面粗糙度的铜箔制出的PCB 它在高频率下的信号传送损失是有很大的差异 表面粗糙度越来越大的铜箔制出的PCB 在高频率下的信号传送损失就越大 1 图2低轮廓铜箔和平滑面铜箔的断面结构 1 图3不同表面粗糙的铜箔制出的PCB 在高频率下的信号传送损失大小的比较 1 图4也显示了这一频率功能的传输损耗 以dB m计 如图所示 超过5GHz时 因为半盎司 18 m 的常规铜箔与低轮廓VLP铜箔的平均粗糙度不同 趋肤效应相影响的传输损耗有将近3dB m的差异 在这些高频下 由于导体损耗 与铜箔的粗糙度相关 造成的信号衰减成为一个重要因数 图4常规铜箔与低轮廓VLP铜箔的趋肤效应影响下传输损耗的差异 1 世界一些覆铜板生产企业所生产的适应高频性的CCL产品 一般都采用低轮廓 超低轮廓的铜箔 以减少传送损失 松下电工的R5775产品就是一例 图5松下电工采用超低轮廓铜箔的R5775在传送损失上有所减少 1 2 2高频下铜箔轮廓与PCB中的信号传送速度 另一方面 信号传送的距离与信号传送速度成反比 在高频化PCB中 信号传送是基本沿着铜箔的轮廓曲线传输的 它的传送距离与Rz大小密切相关 当铜箔的轮廓大时 由信号传送的距离增长 而造成信号传送速度速度的减慢 并传送损失也增加 图6不同轮廓度的铜箔的高频信号传送距离的差异 1 3国外高频电路PCB用电解铜箔品种的发展 3 1卢森堡电路铜箔有限公司高频电路PCB用铜箔 卢森堡电路铜箔有限公司 CircuitFoilLuxembourgLTD 简称为CFL 在2013年1月的欧洲印制电路行业协会 EPCB 的冬季研讨会上 首次发表了它的平滑处理的电解铜箔成果 1 图7CF公司常规铜箔的毛箔M面 上左 常规铜箔的毛箔S面 上右 与新型平滑处理的铜箔粗糙度比较 1 图8CF公司处理后的常规铜箔M面 上左 与S面 上右 与新型平滑处理的铜箔的粗糙度比较 1 图9CF公司两种层压在CCL后 经蚀刻的基板粗糙度程度比较 1 表3CF公司新型平滑处理的铜箔的主要物理 1 表4CF公司新型平滑处理铜箔的剥离强度性能 1 3 2JX日矿日石金属公司的高频电路PCB用铜箔 JX日矿日石金属公司近几年开发出的适应高频化 微细化电路用的电解铜箔新产品很多 在2013年间 它对这些牌号又作了重新的输理 调整 以此次调整的牌号为准 适用于高频电路PCB用的电解铜箔品种主要有两类四种 一类是附载体极薄铜箔 JXUT系列 有两个品种 JXUT Rz 1 0 1 4 m JXUT Rz 1 2 1 6 m 还有一类是JXHLP系列 有两个品种 JXHLP 又称HLPLC Rz 1 6 m 产品厚度18 m JXHLP 又称HLPLCN Rz 1 6 m 产品厚度12 m及18 m 1 表5附载体极薄铜箔 JXUT系列 产品主要性能 1 JXUT系列附载体极薄铜箔 1 图10JXUT 与JXUT 表面处理后的粗糙度情况 1 图11JXHLP 铜箔毛箔平坦化 特殊微细粒子处理的表面情况 2 JXHLP系列铜箔 1 2 JXHLP系列铜箔 表6JXHLP系列产品主要性能 1 表7日矿金属高频电路用JXHLP系列电解铜箔物理性能 1 图12JXHLP 微细电路制作品质 表面粗糙度与常规低轮廓铜箔JXLP 对比 1 日矿金属公司预测 未来在L S为25 m 25 m 15 m 15 m的多层板制造中 客户对铜箔品种替换需求程度最高的将是 12 mHLPLCN 铜箔品种 JXHLP系列 特别是HLPLCN品种 是日矿金属公司适应微细线路制作需求最新开发的新品 它的表面处理面具有 极平滑的 经特殊表面处理形成微细粒子 特点 经处理的M面表面为红色 JXHLP系列M面实现极限的平坦化 改善了高频线路的传输特性 采用这种铜箔制作的HDI多层板 实现了优异的表面均一性与线路加工的微蚀刻性 使得更加适应于半导体封装基板 高频化PCB等微细线路制造的需求 1 日矿金属近年开发出的JTCSLC JDLC HLPLCN三种新型铜箔产品 在铜箔M面的瘤化颗粒结构 分布特点上 打破了原有已发展了十几年低轮廓铜箔的旧有模式 开辟了一条新思路 这一 里程碑 式的技术突破 也标志着世界铜箔尖端制造技术发展到一个更新的时期 其中HLPLCN铜箔的M面实现极限的平坦化 并在其上进行了微细处理 由于这种铜箔具有的表面高平滑性 从而改善了高频线路的传输特性 1 3 3古河电工公司的高频电路PCB用铜箔 表8高频电路基板用铜箔 FV WS主要物理性能 1 图13FV WS与F2 WS超低轮廓铜箔的表面粗糙度 剖面结构对比 1 4平坦化处理技术与瘤化微细颗粒新技术探讨 4 1 里程碑 式的技术突破 90年代中期美国 日本等多个铜箔生产厂家相继开发出低轮廓电解铜箔 LP铜箔 产品 LP铜箔问世标志着世界铜箔的尖端制造技术迈入到一个新发展时期 即 高性能铜箔 技术发展期 最初只是在电解铜箔的表面瘤化处理上实现其低轮廓 之后又发展到改变底基箔的结晶粒子结构为特点的 箔的低轮廓 但在它在发展表面瘤化颗粒细微程度上 经过多年研发也没有突破性的进展 1 在21世纪初 具体讲在2004 2008年左右 世界技术先进的铜箔企业 打破原有思维研发出的新铜箔制造技术 它就是铜箔的平坦化处理技术与瘤化微细颗粒新技术 它将世界铜箔性能提高到一个新档次 是一个 里程碑 式的技术突破与革命 也标志着世界铜箔尖端制造技术发展到一个更新的阶段 1 表面平滑处理的铜箔实现 与毛箔结晶结构要从原来传统铜箔结晶结构上获得明显的改变 这在多家拥有表面平滑处理铜箔技术的厂家产品中可以看出 表面平滑处理的铜箔不仅是表面粗糙度很小 呈现平滑 而且在它的层间结构上也呈片状的层状 日本福田金属箔粉工业株式会社在2009年问世了这种铜箔 并诠释提出了这种特殊铜箔 含平滑面铜箔 和常规铜箔在结晶粒子形状上差别 特殊铜箔其中有的是石垣状结晶构造 而原来的常规铜箔是树枝状结晶构造 4 2表面平滑铜箔的毛箔结晶结构改变 1 图14福田金属公司的特殊铜箔 含平滑面铜箔 和常规铜箔在结晶粒子形状上差别 1 白蓉生大师在对高频电路PCB用铜箔的切片剖面进行高清晰观察后认为 几乎见不到柱状结晶棱线了 此类高单价铜箔多用于高频RF或高速电路板的讯号线场合 摘自白蓉生 2013线路板产业发展论坛的报告 2013 6 图15高频电路PCB用铜箔的切片剖面情况 1 图16日矿金属公司铜箔表面低轮廓处理的技术演变 1 日矿金属公司在产品说明书 2012年6月版 中特别注明 JXHLP HLPLC 的特性是 它是基箔 即 毛箔 平坦化与经微细粗化处理的组合 由此 它可以实现Rz为2 0 m以下的超低粗糙度 并具有优异的耐化学药品性 可对应制作L S 30 m 30 m 20 m 20 m微细配线 具有优异的高频传输特性 1 4 3 1粘接界面的改善 4 3超低轮廓 表面平滑铜箔的剥离强度提高途径 铜箔的表面粗化处理其主要功效是通过处理的表面 与绝缘基材经高温高压成形加工 之间界面产生 钩锚效果 实现它们的接合 表征这一接合效果的性能项目主要是铜箔剥离强度 超低轮廓 表面平滑铜箔在PCB及其基板材料上应用 打破了几十年传统的提高铜箔剥离强度工艺手段及观念 并要开辟新的解决手段及建立新技术观念 1 在解决此问题上 在日本主要是从PCB业 CCL业以及铜箔业多方面进行研发 创立新的工艺手段 目前 主要初步的研究成果 主要有如下手段 对铜箔接合面进行更有效的偶联剂处理 通过对铜箔表面进行微蚀刻 蚀刻深度为0 5 m 1 0 m 加工 形成表面的粗化 通过UV照射使基材树脂表面形成改质层 如纳米Pd的吸附层 在铜箔表面处理层外涂附胶粘剂等 以上的措施近年在CCL PCB厂家也投入了研究与实施 1 日矿金属公司JXHLP系列在M面 粗化处理面 经特殊表面处理形成的平坦化的 微细粒子结构 与原有低轮廓 超低轮廓铜箔的M面粒子结构的差异具体表现在 瘤化颗粒直径小 瘤化颗粒谷峰之间距离小 构成的瘤化颗粒层将底基箔 毛箔 轮廓的 峰 与 谷 全部 覆盖 图17两种瘤化处理技术表面粒子结构对比 4 3 2粗化粒子外形 分布 大小等改变 1 日矿金属产品例 1 图18全新表面处理技术的瘤化粒子结构与传统瘤化粒子结构对比 1 图19两种表面处理技术产生的瘤化粒子平均距离测定与对比 平均距离 采用了 薄膜复制 蚀刻 法测定 1 图20两种瘤化处理技术表面粒子结构对比 1 图21日矿金属的全新表面处理技术的瘤化粒子结构特点 1 2 福田金属产品例 图22福田金属铜箔表面新型处理在特殊毛箔上的效果图 1 图23福田金属铜箔表面新型处理在一般毛箔上的效果图 1 图24处理铜箔的接触表面积测算 1 3 古河电工产品例 例一 古河电工在特开2004 156910专利中披露 采用提高单面微粒子层比例 降低柱状层的比例 使Rz可降低到2 0 m以下 例二 古河电工在特开2013 155415专利中披露 对低Rz的粗化层表面作为电镀处理 控制表面凹凸的算术平均值粗糙度Ra达到0 35 以下 粗糙最大高度Ry达到1