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最常用的PCB基板材料分析

来源:未知 编辑:万龙精益 时间:2018-04-23

电子信息工业的飞速发展,使电子产品向小型化、功能化、高性能化、高可靠性方向发展。从20世纪70年代中期的一般表面安装技术(SMT),到90年代的高密度互连表面安装技术(HDI),以及近年来出现的半导体封装、IC封装技术等各种新型封装技术的应用,电子安装技术不断向高密度化方向发展。同时高密度互连技术的发展推动PCB也向高密度方向发展。安装技术和PCB技术的发展,使作为PCB基板材料---覆铜板的技术也在不断进步。

专家预测,世界电子信息产业未来10年年均增长率为7.4%,到2020年世界电子信息产业市场将达6.4万亿美元,其中电子整机为3.2万亿美元,而通信设备和计算机即占其中的70%以上,达0.96万亿美元。由此可见,作为电子基础材料的覆铜板的巨大市场不但会继续存在,而且正以15%的增长率在不断发展。覆铜板行业协会发布的相关信息表明,今后五年,为了适应高密度的BGA技术、半导体封装技术等发展趋势,高性能薄型化FR-4、高性能树脂基板等的比例将越来越大。

覆铜板(CCL)作为PCB制造中的基板材料,对PCB主要起互连导通、绝缘和支撑的作用,对电路中信号的传输速度、能量损失、特性阻抗等有很大的影响,因此PCB的性能、品质、制造中的加工性、制造水平、制造成本以及长期的可靠性、稳定性等在很大程度上取决于覆铜板材料。

覆铜板技术与生产走过了半个多世纪的发展历程,现在全世界覆铜板年产量已超过3亿平方米,覆铜板已经成为电子信息产品中基础材料的一个重要组成部分。覆铜板制造行业是一个朝阳工业,它伴随着电子信息、通信业的发展,具有广阔的前景,其制造技术是一项多学科相互交叉、相互渗透、相互促进的高新技术。电子信息技术发展的历程表明,覆铜板技术是推动电子工业飞速发展的关键技术之一。

我国覆铜板(CCL)业在未来发展战略中的重点任务,具体到产品上讲,应在五大类新型PCB用基板材料上进行努力,即通过在五大类新型基板材料的开发与技术上的突破,使我国CCL的尖端技术有所提升。以下所列的这五大类新型高性能的CCL产品的开发,是我国覆铜板业的工程技术人员在未来的研发中所要关注的重点课题。

一、
PCB基板材料-无铅兼容覆铜板

在欧盟的2002年10月11日会议上,通过了两个环保内容的"欧洲指令"。它们将于2006年7月1日起正式全面实施的决议。两个"欧洲指令"是指"电气、电子产品废弃物指令"(简称WEEE)和"特定有害物质使用限制令"(简称RoHs),在这两个法规性的指令中,都明确提到了要禁止使用含铅的材料,因此,尽快开发无铅覆铜板是应对这两个指令的最好办法。

二、
PCB基板材料-高性能覆铜板

这里所指的高性能覆铜板,包括低介电常数(Dk)覆铜板、高频高速PCB用覆铜板、高耐热性覆铜板、积层法多层板用各种基板材料(涂树脂铜箔、构成积层法多层板绝缘层的有机树脂薄膜、玻璃纤维增强或其他有机纤维增强的半固化片等)。今后几年间(至2010年),在开发这一类高性能覆铜板方面,根据预测未来电子安装技术的发展情况,应该达到相应的性能指标值。

三、
PCB基板材料-IC封装载板用基板材料

开发IC封装载板(又称为IC封装基板)所用的基板材料,是当前十分重要的课题。也是发展我国IC封装及微电子技术的迫切需要。伴随着IC封装向高频化、低消耗电能化方向发展,IC封装基板在低介电常数、低介质损失因子、高热传导率等重要性能上将得到提高。今后研究开发的一个重要的课题是基板的热连接技术-热散出等的有效的热协调整合。
为确保IC封装在设计上的自由度和新IC封装技术的开发,开展模型化试验和模拟化试验是必不可缺的。这两项工作,对于掌握IC封装用基板材料的特性要求,即对它的电气性能、发热与散热的性能、可靠性等要求的了解、掌握是很有意义的。另外,还应该与IC封装的设计业进一步沟通,以达成共识。将所开发的基板材料的性能,及时提供给整机电子产品的设计者,以使设计者能够建立准确、先进的数据基础。
IC封装载板还需要解决与半导体芯片在热膨胀系数上不一致的问题。即使是适于微细电路制作的积层法多层板,也存在着绝缘基板在热膨胀系数上普遍过大(一般热膨胀系数在60ppm/℃)的问题。而基板的热膨胀系数达到与半导体芯片接近的6ppm左右,确实对基板的制造技术是个"艰难的挑战"。
为了适应高速化的发展,基板的介电常数应该达到2.0,介质损失因数能够接近0.001。为此,超越传统的基板材料及传统制造工艺界限的新一代印制电路板,预测在2005年左右会在世界上出现。而技术上的突破,首先是在使用新的基板材料上的突破。
预测IC封装设计、制造技术今后的发展,对它所用的基板材料有更严格的要求。这主要表现在以下诸方面:
1.与无铅焊剂所对应的高Tg性。
2.达到与特性阻抗所匹配的低介质损失因子性。
3.与高速化所对应的低介电常数(ε应接近2)。
4.低的翘曲度性(对基板表面的平坦性的改善)。
5.低吸湿率性。
6.低热膨胀系数,使热膨胀系数接近6ppm。
7.IC封装载板的低成本性。
8.低成本性的内藏元器件的基板材料。
9.为了提高耐热冲击性,而在基本的机械强度上进行改善。适于温度由高到低变化循环下而不降低性能的基板材料。
10.达到低成本性、适于高再流焊温度的绿色型基板材料。

四、
PCB基板材料具有特殊功能的覆铜板

这里所指的特殊功能的覆铜板,主要是指:金属基(芯)覆铜板、陶瓷基覆铜板、高介电常数板、埋置无源元件型多层板用覆铜板(或基板材料)、光-电线路基板用覆铜板等。开发、生产这一类覆铜板,不但是电子信息产品新技术发展的需要,而且还是发展我国宇航、军工的需要。

五、
PCB基板材料高性能挠性覆铜板

自大工业化生产挠性印制电路板(FPC)以来,它已经历了三十几年的发展历程。20世纪70年代,FPC开始迈入了真正工业化的大生产。发展到80年代后期,由于一类新的聚酰亚胺薄膜材料的问世及应用,使FPC出现了无粘接剂型的FPC(一般将其称为"二层型FPC")。进入90年代,世界上开发出与高密度电路相对应的感光性覆盖膜,使得FPC在设计方面有了较大的转变。由于新应用领域的开辟,它的产品形态的概念又发生了不小的变化,其中把它扩展到包括TAB、COB用基板的更大范围。在90年代的后半期所兴起的高密度FPC开始进入规模化的工业生产。它的电路图形,急剧向更加微细程度发展。高密度FPC的市场需求量也在迅速增长。
目前世界上年生产FPC的产值达到约30亿-35亿美元。近几年来,世界的FPC的产量在不断增长。它在PCB中所占的比例也逐年增加。在美国等国家,FPC占整个印制电路板产值的比例目前已达到13%-16%,FPC越来越成为PCB中一类非常重要的不可缺少的品种。
我国在挠性覆铜板方面,无论是在生产规模上,还是在制造技术水平及原材料制造技术上,都与世界先进国家、地区存在着很大差距,这种差距甚至比刚性覆铜板更大。
总结
覆铜板技术与生产的发展与电子信息工业,特别是与PCB行业的发展是同步的、不可分割的。这是一个不断创新、不断追求的过程,覆铜板的进步与发展,也受到电子整机产品、半导体制造技术、电子安装技术、PCB制造技术的革新发展所驱动,在这种情况下,共同进步,同步发展就显得尤为重要。

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