耐CAF板材调研

1、关于耐CAF FR-4板材研发项目调研报告研发部2014.01.161发展现状、项目概述1.1发展现状近年来，小型化无线通信与网络产品的市场需求越来越大， 特别是便携式电子产品，推动了集成电路封装技术不断向着高度集成化、高性能化、多引线和细间距化方向发展，同时电子器件所在的工作环境越来越恶劣，使得对印制电路板材料的可靠性的要求也越来越高，材料的耐CAF性能作为材料的可靠性的一项指标也越来越受到业界工作者的关注。新型的无铅兼具更好的性能FR-4覆铜板的研究、开发与应用已成为基板制造业必然的要求。目前，国内FR4板的主要应用范围为：一般家电用板22%、通讯设备用板18%、手机用板18%、台式电脑用

2、板17%、手提电脑用板15%、光电及显示器用板6%、其它4%。FR4板产品质量控制水平已达到国际水准，中、高档产品能满足客户要求，但顶级产品仍然是空白。据中国环氧树脂行业协会专家介绍，顶级产品是指用于Memory Card、chip等，以及超薄型如HDI等高端领域，以及特殊专项用途的板类；高档产品是指具有很好的耐热、抗老化、CAF的板类，以及具有Low DK等等的板类；中档和一般产品是指产品性能可以普通满足港大客户要求，大多数CCL工厂都能娴熟掌握生产工艺、技术产品。目前国内（不包括台湾）FR4板顶级产品基本空白、高档产品占10%、中档产品占35%、低档产品占55%，预计2008年随着产业升级

3、该比例可调整为顶级产品3%、高档产品占15%、中档产品占30%、低档产品占53%。为了紧紧把握未来CCL与环氧树脂相关的主要技术发展方向。中国环氧树脂行业协会专家在改进普通FR-4覆铜板方面提出五个要求：其中将耐CAF，耐离子迁移的要求作为一项重要指标，并且认为这一指标在不久的将来可能会变成IPC的常规指标。同时国内越来越多的公司，例如：世运、胜宏、胜华等都采用具有耐CAF性能 FR-4板材，并就针对前段时间使用我公司的生产板材耐CAF性能状况不好进行了投诉。所以为了迎合市场需求和公司自身发展，研发兼具耐CAF、FR-4板材是亟待解决问题。耐CAF FR-4覆铜板，其生产工艺以及生产设备与普通

4、的FR-4覆铜板一样，主要是覆铜板采用何种固化体系对其性能的影响。1.2技术发展概述1.2.1 CAF机理由于传统钻孔镀孔后其相邻通孔铜壁之间，必定会出现玻纤纱束彼此之搭连(Hole to Hole；H/H)，甚至当相邻两导线之根部恰巧踩在同一束玻纤纱上 (Trace to Trace；T/T)，或导线之根部与孔壁之间经过玻纤纱的接(T/H)，又或者层与层之间(L/L) 经由玻纤纱沟通等潜在病灶。当使用环境堪称良好时，其两点之间尚能维持足够之绝缘(即绝缘电阻要够高)，而不致影响到传输线中工作能量的漏失。然而一旦出现高温高湿之恶劣环境，而板材品质又不是很好，且两点间之电压又出现差异(偏压 Bia

5、s)之影响下，时间一久难免就会发病，而且在腐蚀后会出现铜离子，当其沿着玻纤束发生缓慢的迁移动作，进而出现轻微之漏电行为者，特称为CAF(Conductive Anodic Filament)1.2.2 研发状况20世纪90年代初起，在日本覆铜板界掀起了酚醛树脂作为FR-4型覆铜板环氧树脂体系固化剂的开发热潮。用这种酚醛树脂去替代在FR-4中一贯采用的双氰胺固化剂，不仅提高了所构成的新FR-4环氧树脂体系固化物的介电性能和Tg，还有利于覆铜板的耐金属离子迁移性(耐CAF性)的改善。这种侧重于以提高、改善FR-4型CCL的某项性能为目的的酚醛树脂技术开发，有以下一些日本几大型覆铜板厂家的主要开发实

6、例：日立化成公司在90年代初首先开发出采用酚醛树脂作为固化剂的FR-4型覆铜板。它具有高Tg、高耐CAF性。松下电工公司开发了FR-4型覆铜板用的酚醛树脂固化剂，因降低酚醛树脂组成物中的羟基浓度，从而提高了FR-4型覆铜板的耐热性和介电性能。耐CAF FR-4覆铜板的研发在国内有多家企业和研究所对此性能进行研发改进，目前生益科技和江南计算技术研究所对其耐CAF性能进行了比较成熟研究。耐离子迁移性的提高，包含着树脂组合物和玻璃布两方面性能的提高。在树脂组合物方面，主要侧重于降低离子含量、提高耐热性。而要提高覆铜板的耐热性就需改进所用环氧树脂齐聚物和固化剂的耐热性能，并且三者之中固化剂的影响是主要

7、的。目前主要是选用何种固化体系和对固化体系进行改进，目前业界中主要有两种固化体系，传统的双氰胺固化体系以及酚醛固化体系。传统的双氰胺固化体系粘合性好，工艺性好，储存期好，PCB加工性能好，缺点是吸水率高，耐热性差，耐CAF性能差。而酚醛固化体系则在耐热性以及CAF性能方面表现良好，但是加工性能较差。针对上述耐CAF性能与易加工性的矛盾问题是我们在研发过程中突破的瓶颈问题。1.2.3 耐CAF性能测试方法离子迁移的测试方法很多，每个企业都有自己的测试方法，通常常用的方法有两种，一种是在线测试，另一种为离线测试。在线测试即为样品在高温潮湿通上一定的电压，利用仪器连续测试样品在恶劣环境下的绝缘电阻值

8、。离线测试为每隔一段时间从潮湿环境中取出，置于室温环境下，静置一段时间，然后测试其电阻值。综合评价此两种测试方法，在线测试较为严格，在线测试的标准为大于106欧姆，离线测试则要求大于108欧姆，下表为一些日本企业和广东生益的测试条件。厂家测试条件备注日立化成85/85%/100V/1000h每100小时测一次东芝化学85/85%/12V/1000h每100小时测一次松下电工85/85%/50V/1500h60/95%/100V/1000h以85/85%/50V/1500h为准广东生益85/85%/50V/1000h每100小时测一次SONY40/85%/50V/1000h85/85%/50V/

9、240h每隔250小时测一次在线测试（加速老化）2、工艺实施过程2.1 原材料选用耐CAF FR-4 覆铜板与普通FR-4覆铜板原材料选用基本是一样的，主要是由铜箔、粘接树脂、玻璃纤维布与填料等构成的复合材料。目前FR-4 覆铜板原材料种类较多，常用原材料一般包括：溴化双酚A型环氧树脂、双氰胺、2-甲基咪唑、邻甲酚型线性树脂、滑石粉、高岭土、氢氧化铝等。2.2 原材料价格表原材料价格（元）玻纤布（普通）6.5 /m铜箔79/Kg溴化双酚A型环氧树脂27/Kg双氰胺20/Kg邻甲酚型线性树脂5.2/Kg氢氧化铝5.4/Kg滑石粉3.8/Kg高岭土2/Kg2.3 生产工艺目前国内生产FR-4覆铜板

10、工艺比较成熟，其主要包括：FR-4树脂胶液、粘结片、压制。由于条件限制，本项目实验阶段选用手工树脂胶液配制，粘结片的制备以及实验室真空压机压片。3、项目攻关难点由于国内对FR-4板材的性能改进研发技术投资人力物力不够，对耐CAF性能缺少重视，产业链整体技术落后欧美和日本太多，导致发展跟不上国际步伐，缺少相关经验，项目攻关难点具体如下：1、 原材料： 目前国内树脂产品鱼龙混杂，质量不一。而作为耐CAF值得环氧树脂选择需要环氧体系中水解离子要低。 耐CAF板材对玻纤布的要求也比较高，首选开纤布，而国内此种布料质量达不到标准；其次是填料粒径、杂质含量等普遍较差， 2、 实验难点：如何选择合适的树脂和

11、固化剂提高耐CAF性能而不降低其他性能。3、 加工工艺：改变固化体系则在加工性能中降低其加工性。如何在改进固化体系而不影响加工性能及成本仍需解决。4、 检测设备：实验室缺少相应对耐CAF性能检测设备。4、耐CAF FR-4板材生产参数序号检测项目处理、实验条件单位指标1体积电阻率潮湿后 E-24/125MW·cm1061032表面电阻率潮湿后E-24/125MW1041033击穿电压D-48/50+D-0.5/23KV404介电常数(/1MHz)C-24/30/505.45损耗角正切值(/1MHz)C-24/30/500.0356耐电弧D-48/50+D-0.5/23s607剥离强度 标准轮廓铜箔288、10s 125 暴露于工艺溶液后N/mm1.050.70.88弯曲强度 纵向