新型微波电路基材PPE玻纤布覆铜板

1、新型微波电路基材一一PPE玻纤布覆铜板 苏民社，师剑英 1前言 近年来，随着电子产品向小型化、高频化、数字化、高可靠性化的方向发 展，特别是SMT COB BGA等安装技术在PCB中的大量使用，对微波PCB基材的 性能要求不断地提高，要求PCB材料不仅具有良好的介电性能，还应具有低成本、 低吸湿率、良好的尺寸稳定性、高的耐热性、热膨胀系数低及良好的加工性能。 PPE(polyphenyleneether )玻纤布覆铜板以优良的介电性能、高耐热性、 较之传统的聚四氟乙烯板的成本低、加工性能优异、通孔可靠性好等特点，成为 一种新型高性能微波PCB基材，近年来得到了迅速的发展和应用。 自20世纪80

2、年代以来，日本、美国等国家相继推出了多种类型的PPE 玻纤布覆铜板，其中比较有代表性的生产厂及产品有：日本松下电工的R4726 R4728覆铜板，美国GE公司的RG200覆铜板，日本三菱瓦斯化学的 CCL HL 870覆铜板，日本旭化成工业的 S2100覆铜板系列等。在国内，704厂于1997 年对此类产品进行开发，先后开发出低介电常数和高介电常数两种类型的PPE 玻纤布覆铜板。其中低介电常数的覆铜板于2000年通过信息产业部的鉴定，从 而填补了我国高性能微波电路基材一PPE玻纤布覆铜板的空白。 2PPE玻纤布覆铜板的制作工艺 PPE是一种高分子量的热塑性树脂，将其直接用于覆铜板中存在以下缺

3、占： 八、 (1) 熔融粘度高，难于加工成型； (2) 耐溶剂性差，在制作PCB时的溶剂清洗过程中或在有溶剂的环境中， 易造成导线附着不牢或脱落； (3) 熔点与玻璃化温度相近，难于承受 PCB工艺要求的260C以上的焊 锡操作。 因此，制造PPE玻纤布覆铜板用的PPE树脂，经热固性改性后才能使用。 PPE树脂的热固性改性一般有两种途径：(1)在PPE分子结构上引入可交联的 活性基团，使之成为热固性的树脂；(2)通过共混改性或互穿网络(IPN)技术， 引入其它的热固性树脂，形成相容共混的热固性 PPE树脂体系。 目前，国内外的PPE树脂改性主要有以下几种方法：聚烯烃改性 PPE环 氧改性PPE

4、;TAIC改性PPE氰酸酯或BT树脂改性PPE;在 PPE分子结构上引入烯 丙基活性基团。PPE玻纤布覆铜板因所采用的PPEW脂的改性路线不同，制作工 艺有差异，但大多数改性工艺路线都采用以下的制作工艺： (1) PPE树脂的改性及混胶 在PPE分子中引入极性基团，增加与共混树脂的相容性，或在PPE分子中 引入烯丙基活性基团，制作成热固性树脂。然后与共混树脂及其它助剂等配制树 脂胶液。 (2) 浸胶 用玻纤布浸渍改性PPE树脂胶液，可以采用立式上胶机上胶。在此过程 中，合理的控制工艺参数是制作表面质量及性能良好的半固化片的关键。 与FR-4 树脂液上胶不同的是，大分子量的改性PPE树脂难于浸透

5、到玻纤布的间隙中，由 于PPE树脂具有良好的成膜性，在烘干的过程中浮在玻纤布表面的 PPE树脂形成 一层柔韧、光滑、平整的膜。因此做成的半固化片，表面光滑，不掉树脂末。 压制 根据制作的尺寸及厚度要求，称取一定量的改性 PPE半固化片，叠加在 一起，覆以铜箔，装模后推入压机，在 150C260C、30100kg/cm2的条件下 成型。 3PPE玻纤布覆铜板的性能 为了满足电子产品小型化和信号传送高速化的要求， 704厂研究所开发 了低介电常数和高介电常数两种类型的 PPE玻纤布覆铜板，下面分别介绍它们的 主要性能。 3.1低介电常数覆铜板 微波电路中信号传播速度和介电常数的公式是： m 式中，

6、k是常数，C是光速（cm/ns） , 是基板的介电常数。 由式（1）可知，介电常数越小，信号传播速度越高。因此微波电路基板 的介电常数越小，越有利于电子信号的高速传递。 704厂研究所低介电常数PPE玻纤布覆铜板的牌号为LGC 046,该覆铜 板在制作过程中采用特殊的树脂合成方法，在PPE的分子末端引入烯丙基活性基 团，与交联剂组成热固性的树脂体系。该树脂体系具有良好的工艺性，可采用覆 铜板通用的浸胶设备上胶。制作出的半固化片表面光滑、均匀、不掉树脂末，并 具有良好的熔融流动性。可作为多层PCB层间粘结用的半固化片。用该半固化片 制作PPE玻纤布覆铜板，可采用与FR 4覆铜板相似的压制工艺，不

7、需要后固 化处理。该半固化片比FR-4半固化片的熔融流动性稍低，因此压制成的覆铜板 具有良好的厚度精度。LGC-046覆铜板的主要性能及与其它覆铜板的性能比较 （见表2）如下： 表2 LGC-046与其它覆铜板的性能比较 项目 LGC 046 覆铜板 聚酰亚胺覆 铜板 氰酸酯覆 铜板 聚四氟乙烯 覆铜板 FR 5覆铜 板 介电常数 （1MHZ 3.2 4.6 4.7 3.8 2.5 2.7 4.7 5.0 介质损耗 0.003 0.008 0.006 0.001 0.015 (1MHZ | 0.009 0.0015 0.019 T/gC 150 230 247 25 160 密度 /(g/cm

8、3) 1.5 1.85 一 2.2 1.9 剥离强度 /（kg/cm） 1.5 1.8 1.7 2.2 1.9 2.3 吸水率/ % 0.25 1.5 0.6 0.1 0.35 耐浸焊性 120 120 120 120 120 /s(260 C) (1) 介电常数小，& =3.2 0.1 ( 1GHZ，该数值在10GHz以内能很好 的保持，可显著提高信号的传播速度。 (2) 损耗因数tg SW0.005 (1GHZ，信号传输过程中的能量损失小。 (3) 无焊盘金属化孔拉脱强度30N。 (4) 玻璃转化温度高，Tg 150C，板材刚度好且耐热性好。 (5) 密度小(d=1.5g/cm3)，可使P

9、CB轻量化(PTFE覆铜板的比重为 2.1g 2.2g/cm3)。 (6) 加工性能与通用的FR-4相同。 3.2高介电常数覆铜板 有些微波电路中的元件需要制作得很小，以满足电子产品小型化的要求。 高介电常数覆铜板使这种要求成为可能。 微波信号传输和接收元件(如微带天线)的外观如图1所示。其共振频 率的公式如式(2)。 尸卩昭:(2) 式中：C是光速，&是基板的介电常数,d是电极的边长。 从公式(2)可以看出，在频率f 一定的情况下，电路基板的介电常数越 大，元件的边长越小。另外，基板的介质损耗因数也应小，这样可以有效地降低 信号传输产生的噪音。 704厂研究所利用PPE树脂低损耗的特性，在L

10、GC-046覆铜板的研究基 础上，开发了大介电常数覆铜板。该产品的主要性能为： (1) 介电常数(1MHZ : 10.5 0.5 (2) 介质损耗角正切(1MHZ : 20s (5) 体积电阻：106MQ cm (6) 表面电阻率：106MQ 4PPE玻纤布覆铜板的用途和发展情况 随着信息产业的高速发展，对信息传送和处理的速度要求不断提高，电 子通讯设备的使用频率不断提高及电子通讯设备的大量普及，对微波电路基板的 需求越来越大，性能要求越来越高。长期以来，微波PCB大都使用PTFE覆铜板 作基板，但由于其价格高、刚性差及难于加工等因素，其许多应用领域正逐渐被 PPE玻纤布覆铜板所代替。PPE玻

11、纤布覆铜板因具有优异的介电性能、加工性能 好、高耐热、尺寸稳定性好、密度低等优点，可提高微波电路中信号的传播速度， 使电子产品轻量化，小型化及可靠性大大提高，因而被广泛用作移动电话、汽车 电话、卫星通讯设备、大型电子计算机等信息传递及处理设备的电路基板。 目前，国外生产PPE玻纤布覆铜板的厂家主要集中在日本和美国，各生 产厂家采用的工艺路线不同，松下电工的R4726采用TAIC改性PPE体系，三菱 瓦斯化学的CCL HL 870采用BT树脂改性PPE体系，美国GE公司的RG200 采用环氧改性PPE体系，日本旭化成工业的S2100采用在PPE的分子结构中引入 烯丙基活性基团，是所有改性方法中比

12、较独特、比较理想的一种。目前，市场对 微波电路基板的需求越来越大，其中RG200在美国微波电路基板的市场中占据较 大的份额。在国内，704厂研究所最早开始PPE玻纤布覆铜板的研究和开发，LGC 046覆铜板于2000年通过由信息产业部组织的设计定型鉴定，经过不断的工 艺研究，现已具备规模生产能力。产品已被众多的用户认可并使用。表3列出 LGC 046与国外同类覆铜板的特性比较。 表3LGC 046与国外同类覆铜板的比较 项目 704厂研究 所 日本旭化 成 日本松下电 工 日本三菱瓦斯 化学 美国GE公 司 LGC 046 S2100 R4726 CCL HL 870 RG200 介电常数 (

13、1MHZ 3.2 3.5 3.5 3.8 3.9 4.3 介质损耗角正 切 0.003 0.0025 0.003 0.002 0.01 Tg/C 150 200220 180 190 190 210 5PPE玻纤布覆铜板的发展方向 随着电子产品小型化、信号传输及处理高速化、降低杂波达到更好阻抗 控制要求的提高、多层PCB层数增多以及各种封装技术在 PCB的使用，对微波 印制电路板的介电性能及可靠性的要求在不断提高。今后PPE玻纤布覆铜板的发 展方向，可概括为以下几个方面，如表 4所示。 表4微波电路用PPE覆铜板的性能 性能 特点 1.低介电常数 咼的信号传输速率，低失真性，可减小多层板 的厚度 2.微波波段介质损耗因数小 能量损失小，适合于微波电路 3 低X、Y方向热膨胀系数（CTE 适合于表面安装技术