线路板所用材料的认识和使用

Elec Eltek GZ 线路板所用材料的认识和使用 目录 一 线路板的典型叠构二 线路板的一般制作流程三 直接物料介绍四 间接物料介绍 一 线路板的典型叠构 0 5ozCopperfoil0 5oz0 5oz0 5oz7628Prepreg762810801061ozCopper1 0oz1 0oz0 5oz0 014 Core0 0075 0 0045 0 0025 1ozCopper1 0oz1 0oz0 5oz7628Prepreg762876281061ozCopper1 0oz1 0oz0 5oz0 014 Core0 0075 0 0045 0 0025 1ozCopper1 0oz1 0oz0 5oz7628Prepreg762810801060 5ozCopperfoil0 5oz0 5oz0 5oz FinishedBoardThickness 0 062 0 007 0 047 0 005 0 031 0 004 0 018 0 004 以6层线路板为例子 二 线路板的一般制作流程 切板BoardCutting2 内层干菲林InnerDryFilm内层蚀刻InnerEtching棕化Bond film排板Lay upConstruction压板Pressing7 X ray打孔和修边X ray Trimming 钻孔DrillingPTH和全板电镀PTH PanelPlating外层干菲林OuterDryFilm图形电镀PatternPlating外层蚀刻OuterEtching绿油塞孔ViaPlugging绿油SoldermaskCoating 白字ComponentMark镀金GoldPlating17 外形加工OutlineProfiling金手指斜边GoldFingerBeveling19 电测ElectricalTest20 FinalQC21 Entek OSP 包装出货Packaging Shipping 三 直接物料介绍 线路板 是搭载电子元件的基板 它是在直接物料的基础上 结合部分间接物料 通过生产工具加工完成的 直接物料 是指在生产中直接使用在产品上或与产品直接接触的主要物料 间接物料 是指在生产中间接使用在产品上或与产品间接接触的次要物料 基本概念 三 直接物料介绍 铜层 树脂 主要的三种直接物料 线路板制作中最主要的直接物料有三种 即基材 半固化片和铜箔 基材 core laminte 是由半固化片和铜箔压制而成 半固化片则是由树脂 玻璃布结合不同的增强材和填充剂制造而成 玻璃布 三 直接物料介绍 树脂 Resin 有两个作用 既作为介电材料 又作为粘合剂 BondingAgent 树脂分为热固性 Thermosets 及热塑性 Thermoplastics 两种 热固性树脂提供优良的可操作性 而应用不同的树脂可获得不同的电气性能 制造线路板主要使用的是热固性树脂 热塑性树脂具有优异的电气性能 但处理热塑性材料需要特别的设备与参数 因此许多厂商均开发新的热固性材料用于代替热塑性材料 1 树脂 三 直接物料介绍 根据IPC标准 通常将树脂分为 1 应用于单 双面硬板及多层板主要包括酚醛树脂 Phenolic 环氧树脂 Epoxy 聚苯醚 PPO 双顺丁烯二酸酰亚胺 三嗪树脂 BTTriazineand orBismaleimide 聚酰亚胺 Polyimide 氰酸酯 CyanateEster 2 应用于高速 高频制板主要包括聚四氟乙烯 PTFE PolyTetraFluoroEthylene Teflon 聚烯烃 Hydrocarbon 聚脂 Polyester 及热塑树脂 Thermoplastics 3 无卤素 HalogenFree 通过改变树脂体系 使用非溴基的树脂实现环保型基材 树脂的分类 三 直接物料介绍 最早应用于基材的是酚醛树脂 是由苯酚Phenol与甲醛Formaldehyde进行聚合反应生成 主要应用在纸基板上 应用于纸基板的是ResolaType酚醛 最畅销的是XXXPC及FR 2 前者在25C以上 厚度在62mil以下可冲制成型 后者与前者的组合完全相同 只是加入三氧化二锑增加阻燃性 应用最广泛的是环氧树脂 液态时称A Stage或Varnish 当浸渍在玻璃布等增强材上并快速烘干后称为B Stage即半固化片 而再经高温压板固化后成为C Stage的固化板材 环氧树脂一般是由Bisphenol 双酚 A及Epichlorohydrin 表氯醇 以Dicy Dicyandiamide双氰胺 作架桥剂所形成的聚合物 并添加一些加速剂 溶剂及填充剂 通常在树脂分子中加入溴 达到阻燃的目的 阻燃是指不容易被点燃 而且点燃后能自己熄灭 通称FR 4 原先大量使用的双官能团环氧基材 Di functional 白色 已逐渐被添加了四官能团环氧 Tetra functional 的基材 Multi functional多功能的 所取代 环氧树脂可组成多种基材 如玻璃布基板 Aramid基材 RCC等 树脂的应用 三 直接物料介绍 玻璃纤维一般有以下的优点 高强度 比其他类型的纤维相比具有极高的强度 2 抗热 防火 玻璃属于无机物 不会燃烧 3 耐化学性 玻璃可抗大部分的化学品 也不会被细菌 昆虫攻击 4 防潮 玻璃并不吸水 在高湿度下仍然保持机械强度 5 热稳定性 玻璃熔点非常高 并具有很低的膨胀系数以及很高的传热系数 电性 绝缘性能极佳 大部分电子产品选用的E Glass最主要的是其优秀的抗水性 在非常恶劣的环境下 仍然维持良好的电性及物性 2 玻璃布 玻璃纤维 三 直接物料介绍 玻璃纤维的种类 S Glass提供较低的介电常数以及较高的机械强度 可应用在部分特殊要求的场合 而昂贵的Quartz布除了提供更低的Dk之外 其CTE仅为E Glass的1 10 但Quartz本身易碎 而且对钻咀的磨损也大得多 增强材 Reinforcements 指基材内作为骨架的材料 通常包括 纤维纸 CellulosePaper 玻璃毡 GlassFelt 玻璃布 WovenGlassFabric 无纺布 Non WovenFiber 使用最广泛的是电子级玻璃布 E Glass 如通常所称FR 4的基材 纤维纸基材及玻璃毡基材主要应用在低级线路板及部分特殊制板上 而无纺布基材由于具有良好的Laser加工性 较低的介电常数及质量轻等优点 逐渐被大量应用到HDI制板上 3 增强材 三 直接物料介绍 三 直接物料介绍 填充剂的作用是为实现更高的电气性能要求或机械性能要求 例如 Nelco的N4000 7 利用填充剂提高Tg 降低CTE Hitachi的MCF 6000E 增加填充剂提高填充性能 Rogers的RO4350 填充陶瓷 Ceramic 微粒控制介电常数 另外 通过加入ATH Phosphorus作为阻燃剂替代卤素阻燃剂达到无卤素的要求 4 填充剂 filler 三 直接物料介绍 5 铜箔 copperfoil 铜箔的作用是用于形成表面线路 进行导通 铜箔主要分两类 电解铜箔和压延铜箔 电解铜箔EDFoil ElectrodepositedFoil1 通过电镀的方法 在硫酸铜镀液环境下 巨型镀槽的阴阳极距离非常小 由不锈钢制作的阴极轮以高速旋转冲击镀液 加上高电流 600ASF 在光滑的滚轮表面可撕出片状连续的铜箔 经后处理成为商品铜箔 2 朝滚轮的一面称光面 DrumSide 朝镀液的一面称毛面 MatteSide 3 应用在绝大多数的线路板上 主要是硬板 RigidBoard 电解铜箔EDFoil ElectrodepositedFoil1 通过电镀的方法 在硫酸铜镀液环境下 巨型镀槽的阴阳极距离非常小 由不锈钢制作的阴极轮以高速旋转冲击镀液 加上高电流 600ASF 在光滑的滚轮表面可撕出片状连续的铜箔 经后处理成为商品铜箔 2 朝滚轮的一面称光面 DrumSide 朝镀液的一面称毛面 MatteSide 3 应用在绝大多数的线路板上 主要是硬板 RigidBoard 压延铜箔Wrought RolledFoil1 使用热辗或冷煅的方法将铜锭加工为铜箔 2 应用在对弯曲 拉伸强度有高要求的制板上 主要是挠性板 Flexible 三 直接物料介绍 电解铜箔与压延铜箔的比较 三 直接物料介绍 铜箔规格的表示形式 铜箔的规格通常是以1平方英尺铜箔的重量为多少oz ounce 来表达其厚度的 如下表所示 三 直接物料介绍 一般地 基材按树脂类型以及应用分类1 纸基酚醛板包括XPC XXXPC FR 1及FR 2 组成为酚醛树脂与纤维纸 CEM 1 CEM 3表面均使用玻璃布 CEM 1内芯是纤维纸 CEM 3内芯是玻璃毡 3 FR 4基材通指玻璃布基含浸环氧树脂的基材 4 高性能 特殊功能基材其他特殊的 非酚醛 非FR 4类树脂基材 也包括Aramid RCC等新发展的材料 5 无卤素基材使用无卤素树脂体系的基材 目前有应用在CEM 1 CEM 3及FR 4上 三 直接物料介绍 基材的分类及应用 1 纸基酚醛板包括XPC XXXPC FR 1及FR 2 组成为酚醛树脂与纤维纸 XPC通常应用在低电压 低电流 不会引起火源的消费性电子产品 如玩具 手提收音机 电话 遥控器等 FR 1的电气性 难燃性优于XPC 可达到UL94V 0级 可广泛使用于电压 电流稍高于XPC的电器 如彩电 家庭音响 洗衣机 吸尘机等 XXXPC与FR 2的电气性能相对更好 应用领域则大致相同 纸基板的制作工艺相对较简单 可使用热冲或冷冲的方法加工通孔 并可通过印刷银浆 碳墨的方法实现镀铜 三 直接物料介绍 三 直接物料介绍 2 CEM 1 CEM 3表面均使用玻璃布 CEM 1内芯是纤维纸 CEM 3内芯是玻璃毡 基材外观呈不透明的白色 应用在一些酚醛纸基板无法满足要求的场合 电气性能优于酚醛纸基板 而差于FR 4基材 例如显示器 低压电源 高级音响 游戏机 部分汽车电路等 CEM 1 CEM 3的制作工艺与FR 4相似 而在要求不高的时候甚至也可以使用冷冲的方法加工 三 直接物料介绍 3 FR 4基材构成FR 4基材的主要是环氧树脂和玻璃布 几乎所有的基材制造商均生产FR 4基材 1 白料 Di functional 双功能的 Tg约125 电气性能 机械性能较弱 正逐渐被淘汰 基材外观呈半透明的白色 2 黄料 Multi functional 多功能的 Tg约135 广泛应用在民用电子设备上 由于加入UV遮挡材料 一般呈半透明的黄色 3 HighTg Tg超过165 以上的FR 4一般称为HighTg 其可靠性较普通Tg的材料高 4 改性FR 4 在常规FR 4树脂的基础上通过改变配方或添加填充剂的方法实现更高的电气性能 机械性能及可靠性 在考虑成本的前提下 可提供用于较高端的产品 5 另外 使用其他类型树脂的材料通常都混合一定比例的环氧树脂以改善加工性 三 直接物料介绍 4 HalogenFree 无卤素基材 目前使用的绝大部分基材使用的FlameRetardant是含卤素的 主要是溴和氯 而这些有机物基团在燃烧时起阻燃的作用 但是有一个很大的害处是同时释放出剧毒的Dioxin 对人体有很大的危害 因此HalogenFree基材应运而生 通过添加Phosphorous 磷 AluminumHydroxide 氢氧化铝 或无机填料达到阻燃的要求 UL94V0 而去除含卤素的物质 目前主要是提供无卤素FR4板料 半固化片及RCC 目前提供无卤素基材的供应商主要包括Matsushita Hitachi Polyclad Isola等著名厂商 另外很多台湾供应商也声称可以量产无卤素基材 三 直接物料介绍 5 高性能 特殊功能基材其他特殊的 非酚醛 非FR 4类树脂基材 也包括Aramid RCC等新发展的材料 主要指BT PPO Polyimide CyanateEster Hydrocarbon Polyester PTFE等高性能树脂构成的基材 通常此类基材加入Ceramic Kaolin等填充剂 主要应用在军事或民用的通讯设备上 此类基材具有优异的电气性能 机械性能及高可靠性 但其加工性要比FR 4差 而Aramid及RCC随着HDI技术的发展 被广泛应用在Microvia的构成层上 1 高性能 特殊功能基材 BT目前应用较广泛的BT基材包括Polyclad的GI 180 Isola的G200 Nelco的N5000等 树脂当中的 B 和 T 的比例能够随意地调整 当B T 1 9时 BT的固化温度接近于FR 4 当其比例大于1 9时 其Tg将随之上升 可达到250C以上 BT基材一般呈棕黑色 硬度很高 由于树脂的浸润性较差 因此基材的席纹现象比较明显 与FR 4基材相比 BT的优点是Anti CAF 具有良好的抗铜离子迁移能力 制板在恶劣的环境下仍然保持良好的电气性能 BT的介电常数比FR 4低 约为4 2 BT的应用主要是BGA载板 及部分中低端通讯基站 5 高性能 特殊功能基材 2 高性能 特殊功能基材 Getek Megtron N4000 13 FR408Getek为美国GE公司产品 而Megtron为日本松下电工获得Getek授权生产的产品 Getek与Megtron属于PPO Epoxy型基材 具有较低的Dk 3 8 及Df 0 012 颜色方面 也是呈半透明的黄色 但比FR4深一点 Tg方面 由于PPO属于热塑性树脂 因此只有使用DMA才能测量 若使用DSC或TMA将无法得到确定的Tg值 而Nelco的N4000 13及Isola的FR408属于改性FR4 具有与Getek Megtron同样的电气性能 而制作工艺较为简单及成本也低一些 可用于代替Getek和Megtron Getek目前在研发升级产品GetekII Dk Df更低 Megtron有后续的产品MegtronII MegtronIII及MegtronV 应用于更高端产品 3 高性能 特殊功能基材 RCC LDPrepregRCC即ResinCoatedCuFoil涂树脂铜箔 在铜箔的背面均匀涂覆一层半固化的树脂形成 由于没有玻璃布 非常适合于制作镭射微孔 RCC价格昂贵 为了使制板成本大幅下降 有专用于激光钻孔的LD半固化片可代替RCC 其玻璃布比普通的玻璃布更加平整 介质层厚度以及玻璃布的分布更均匀 三 直接物料介绍 其它直接物料介绍 其它直接物料有 1 阻焊油墨2 字符油墨3 钻嘴 钻头 4 锣刀 铣刀 5 斜边刀6 干膜7 铝片8 底板9 药水10 铜球 锡球 铅锡条 三 直接物料介绍 阻焊层是涂覆在线路板上客户要求的无须焊接区域上的一层阻焊油墨 经过低温 高温处理后 形成一层硬度约在2H以上的有机树脂保护膜 保护线路和板面 防止氧化 受潮等 同时在线路板装配元件的过程中起阻焊作用 防止线路间因桥接而短路 阻焊油墨通常称为绿油 主要原因为绿色是一种常见的阻焊油墨 但是 在实际生产中 阻焊油墨还有黄色 红色 白色 黑色 蓝色等不同的颜色 具体视客户及制板的性能要求而定 主要阻焊油墨类型及其供应商见下页 1 阻焊油墨 soldermask 三 直接物料介绍 主要阻焊油墨类型及其供应商 三 直接物料介绍 三 直接物料介绍 2 字符油墨 silkscreenink 字符层是涂覆在线路板上客户要求的元气件符号及其他特别意义的符号 如供应商的UL标记 制板编号 分厂标记及客户的制板编号等 阻焊油墨通常称为白字油 主要原因为白色的字符是一种客户普遍要求的字符 但是 在实际生产中 字符油墨还有黄色 黑色 等不同的颜色 具体视客户及制板的性能要求而定 主要字符油墨类型及其供应商如下 三 直接物料介绍 3 钻嘴 drillbit 钻嘴是用于钻孔工序的主要物料 目的是通过钻机在高转速和一定落速带动下钻穿线路板 在板料上钻出客户要求的孔 孔的大小及位置均需要满足客户的要求 用来实现层与层间的导通 以及将来的元件插焊 并为后工序的加工做出定位或对位孔 实现层与层间导通及用于元件焊接的孔为镀通孔 PTH 用于生产厂内部对位或定位的孔 以及客户用来定位的孔 成为非镀通孔 NPTH 根据不同的需要分为主要普通钻嘴和坑槽 SLOT 钻嘴两种 另外 根据客户的特殊需要 还有深度控制钻嘴 三 直接物料介绍 4 锣刀 铣刀 router 锣刀是用于外形加工工序的主要物料 目的是通过锣机在高转速和一定落速带动下将客户不需要的部分去掉 完成整个线路板的轮廓 outline Outline 三 直接物料介绍 5 斜边刀 斜边刀用于外形加工工序 用来将客户设计的金手指制板的金手指处斜出一个V型的角度 便于产品顺利插入相应的插槽内 三 直接物料介绍 6 V 坑刀 用于外形加工工序 用来将客户设计的套装V CUT成容易掰断的V型槽 三 直接物料介绍 7 干膜 dryfilm 干膜是一种光敏物质 见光便会发生异构