PCB專業知識第二講

PCB用基板材料方東煒技術服務工程師/工藝部程杰業務經理/市場部概念基材分類基材主要性能指標高性能板材生益科技高性能板材介紹雙面PCB用基材組成雙面覆銅板單面PCB用基材組成單面覆銅板多層PCB用基材組成銅箔半固化片芯板銅箔半固化片覆銅板半固片銅箔——概念覆銅板半固化片——概念覆銅板生產流程——概念上膠機壓機覆銅板主要生產設備——概念生益科技自動剪切線↑生益CCL自動分發線↓生益小板自動開料機——概念半固化片

在多層電路板層壓時使用的半固化片，是覆銅板在制作過程中的半成品。在環氧玻纖布覆銅板生產過程中，玻纖布經上膠機上膠并烘干至“B”階（B”階是指高分子物已經相當部分關聯，但此時物料仍然處于可溶、可熔狀態），此種半成品俗稱黏結片。它有兩種用途，一是直接用于壓制覆銅板，通常稱為黏結片；另一種直接作為商品出售，供應印制板廠，該片用于多層板的壓合，通常稱為半固化片；二者的英文名均為prepreg。它們的生產過程是一樣的。半固化片半固化片生產車間——概念PCB用基材的分類：

1、按增強材料不同（最常用的分類方法）紙基板（FR-1,FR-2,FR-3)環氧玻纖布基板（FR-4,FR-5)復合基板(CEM-1,CEM-3)HDI板材（RCC)特殊基材(金屬類基材、陶瓷類基材、熱塑性基材等)2、按樹脂不同來分酚酫樹脂板環氧樹脂板聚脂樹脂板BT樹脂板PI樹脂板3、按阻燃性能來分阻燃型（UL94-VO,UL94-V1)非阻燃型（UL94-HB級）——基材分類環氧玻纖布基板（FR-4,FR-5)(1)環氧玻纖布覆銅板強度高，耐熱性好，介電性好，基板通孔可金屬化，實現雙面和多層印刷層與層間的電路導通，環氧玻纖布覆銅板是覆銅板所有品質中用途最廣、用量最大的一類。廣泛用于移動通訊，數字電視，衛星，雷達等產品中。在全世界各類覆銅板中，紙基覆銅板和環氧玻纖布覆銅板約占92%(2)在NEMA標準中，環氧玻纖布覆銅板有四種型號：G10(不組燃）、G11(保留熱強度，不阻燃）、FR-4（不阻燃）、FR-5(保留熱強度，不阻燃）。目前環氧玻纖布覆銅板中，FR-4板用量占90%以上，它已經發展成為可適用于不同用途環氧玻纖布覆銅板的總稱；——基材分類環氧玻纖布布基板主要要組成:E型玻纖布布(GlassFiberPaper)型號號7628、、2116、1080、3313、1500、、106等等環氧樹脂（（Resin）雙官能團樹樹脂、多官官能團樹脂脂；銅箔（Copper）電解銅箔（（1/3OZ,1/2OZ,10Z,20Z,30Z,50Z)壓延銅箔（（主要應用用在擾性覆覆銅板上））固化劑DICYNOVOLAC玻璃布——基材分分類玻璃布常見的半固固化片規格格型號1082116L2116A2116H15007628L7628A7628H7628M厚度mil344.55677.59.38——基材分分類樹脂基板材料生生產過程中中，高分子子樹脂（PolymerResin)是重要要的原料之之一，根據據不同類型型的基板要要求，可以以采用不同同的樹脂，，常用的有有：酚酫樹樹脂、環氧氧樹脂、三三聚氰胺甲甲醛樹脂，，聚酯樹脂脂以及一些些特殊樹脂脂如PI、、PTFE、BT、、PPE。。——基材分分類銅箔按照銅箔的不不同制法可分分為壓延銅箔箔和電解銅箔箔兩大類。（1）壓延銅銅箔是將銅板板經過多次重重復輥軋而制制成的原箔（（也叫毛箔）），根據要求求進行粗化處處理。由于壓壓延加工工藝藝的限制，其其寬度很難滿滿足剛性覆銅銅板的要求，，所以在剛性性覆銅板上使使用極少；由由于壓延銅箔箔耐折性和彈彈性系數大于于電解銅箔，，故適于柔性性覆銅箔上；；（2）電解銅銅箔是將銅先先溶解制成溶溶液，再在專專用的電解設設備中將硫酸酸銅電解液在在直流電的作作用下，電沉沉積而制成銅銅箔，然后根根據要求對原原箔進行表面面處理、耐熱熱層處理和防防氧化等一系系列的表面處處理。——基材分類類復合基板(compositeepoxymaterial)面料和芯料由由不同的增強強材料構成的的剛性覆銅板板，稱為復合合基覆銅板。。這類板主要要是CEM系系列覆銅板。。其中CEM-1(環氧氧紙基芯料)和CEM-3(環氧玻玻璃無紡布芯芯料)是CEM中兩個重重要的品種。。具有優異的機機械加工性，，適合沖孔工工藝；由于增強材料料的限制，一一般板材最薄薄厚度為0.6mm，最最厚為2.0mm;填料的不同可可以使得基材材有不同功能能：如適合LED用的白白板、黑板；；家電行業用用的高CTI板等等；CEM-1CEM-1覆覆銅板的結構構：由兩種不不同的基材組組成，即面料料是玻纖布，，芯料是紙或或玻璃紙，樹樹脂均是環氧氧樹脂。產品品以單面覆銅銅板為主；CEM-1覆覆銅板的特點點：產品的主主要性能優于于紙基覆銅板板；具有優異異的機械加工工性；成本低低于玻纖覆銅銅板；CEM-3CEM-3是是性能水平、、價格介于CEM-1和和FR-4之之間的復合型型覆銅板層壓壓板，這種板板材用浸漬環環氧樹脂的玻玻纖布作板面面，環氧樹脂脂玻纖紙作芯芯料，單面或或雙面覆蓋銅銅箔后熱壓而而成。——基材分類類復合基板CEM增強材料料料玻璃紙或纖維維紙CEM-3玻玻璃紙CEM-1纖纖維紙玻璃布7628為主主要填料氫氧化鋁、滑滑石粉等等玻纖紙——基材分類類銅箔玻璃布面料芯料玻璃布面料銅箔復合基板結構構——基材分類類——基材分類類CCL厚度分分布范圍FR-4Min.0.05mmtoMax.3.2mmCEM-3Min.0.8mmtoMax.1.6mm——基材分類類積層電路板板板材：覆銅箔箔樹脂RCC覆銅銅箔樹脂RCC定義：RCC是在極薄的的電解銅箔（（厚度一般不不超過18um)的粗化化面上精精密涂覆上一一層或兩層特特殊的環氧樹樹脂或其他高高性能樹脂（（樹脂厚度一一般60-80um），，經烘箱干燥燥脫去溶劑、、樹脂半固片片達到B階形形成的。RCC在HDI多層板的制制作過程中，，取代傳統的的黏結片與銅銅箔的作用，，作為絕緣介介質的導電層層，可以采用用非機械鉆孔孔技術（通常常為激光成孔孔等新技術））形成微孔，，達到電氣連連通，從而實實現印制板的的高密度化。。——基材分類類積層電路板板板材：覆銅箔箔樹脂RCC覆銅銅箔樹脂RCCRCC的組成成：RCC是是在超薄銅箔箔的粗化面上上涂覆一層能能滿足特定性性能要求的高高性能樹脂組組合物，然后后經烘箱干燥燥半固化，在在銅箔的粗化化面上形成一一層厚度均勻勻的樹脂而構構成，結構圖圖如下：樹脂層30-100um銅箔一般12um——基材分類類基材常見的性性能指標正如評價一臺臺電腦優劣可可用四個性能能指標：運算算速度、字長長、內存的容容量和硬盤的的容量，印制制電路板用基基材也有四個個最主要的性性能指標：Tg(玻玻璃璃化化轉轉變變臨臨界界溫溫度度)介電電常常數數熱膨膨脹脹系系數數（（CTE））UV阻阻擋擋性性能能———基基材材主主要要性性能能指指標標生益益普普通通FR-4(S1141)性性能能指指標標———基基材材主主要要性性能能指指標標基材材常常見見的的性性能能指指標標：：Tg溫溫度度玻璃璃化化轉轉變變溫溫度度（（Tg)目前前FR-4板板的的Tg值值一一般般在在130-140度度，，而而在在印印制制板板制制程程中中，，有有幾幾個個工工序序的的問問題題會會超超過過此此范范圍圍，，對對制制品品的的加加工工效效果果及及最最終終狀狀態態會會產產生生一一定定的的影影響響。。因因此此，，提提高高Tg是是提提高高FR-4耐耐熱熱性性的的一一個個主主要要方方法法。。其其中中一一個個重重要要手手段段就就是是提提高高固固化化體體系系的的關關聯聯密密度度或或在在樹樹脂脂配配方方中中增增加加芳芳香香基基的的含含量量。。在在一一般般FR-4樹樹脂脂配配方方中中，，引引入入部部分分三三官官能能團團及及多多功功能能團團的的環環氧氧樹樹脂脂或或是是引引入入部部分分酚酚酫酫型型環環氧氧樹樹脂脂，，把把Tg值值提提高高到到160-200度度左左右右。。——基基材主主要性性能指指標——基基材主主要性性能指指標基材常常見的的性能能指標標：介介電常常數DK介電常常數隨著電電子技技術的的迅速速發展展，信信息處處理和和信息息傳播播速度度提高高，為為了擴擴大通通訊通通道，，使用用頻率率向高高頻領領域轉轉移，，它要要求基基板材材料具具有較較低的的介電電常數數e和和低介介電損損耗正正切tg。。只有有降低低e才才能獲獲得高高的信信號傳傳播速速度，，也只只有降降低tg,才能能減少少信號號傳播播損失失。(關于于介電電常數數e和和介電電損耗耗正切切tg和傳傳播速速度、、傳播播損失失的關關系詳詳見特殊板板材：：PTFE一章章)——基基材主主要性性能指指標基材常常見的的性能能指標標：熱熱膨脹脹系數數熱膨脹脹系數數（CTE）隨著印印制板板精密密化、、多層層化以以及BGA,CSP等技技術的的發展展，對對覆銅銅板尺尺寸的的穩定定性提提出了了更高高的要要求。。覆銅銅板的的尺寸寸穩定定性雖雖然和和生產產工藝藝有關關，但但主要要還是是取決決于構構成覆覆銅板板的三三種原原材料料：樹樹脂、、增強強材料料、銅銅箔。。通常常采取取的方方法是是（1）對對樹脂脂進行行改性性，如如改性性環氧氧樹脂脂（2）降降低樹樹脂的的含量量比例例,但但這樣樣會降降低基基板的的電絕絕緣性性能和和化學學性能能；銅銅箔對對覆銅銅板的的尺寸寸穩定定性影影響比比較小小。——基材主主要性能指指標TMA曲線線圖——基材主主要性能指指標基材常見的的性能指標標：UV阻阻擋性能UV阻擋性性能今年來，在在電路板制制作過程中中，隨著光光敏阻焊劑劑的推廣使使用，為了了避免兩面面相互影響響產生重影影，要求所所有基板必必須具有屏屏蔽UV的的功能。阻擋擋紫紫外外光光透透過過的的方方法法很很多多，，一一般般可可以以對對玻玻纖纖布布和和環環氧氧樹樹脂脂中中一一種種或或兩兩種種進進行行改改性性，，如如使使用用具具有有UV-BLOCK和和自自動動化化光光學學檢檢測測功功能能的的環環氧氧樹樹脂脂。。———基基材材主主要要性性能能指指標標幾種種高高性性能能板板材材耐CAF板材材無鹵素板材ROHS標準準和符合ROHS標準板材聚四氟乙烯(PTFE)PPE玻纖布布覆銅板BT——高性能板板材什么叫離子遷遷移性？離子遷移性的的英語稱為：：CAF(ConductiveAnodicFilament)growth，也有寫寫作Electro-migration.日語稱作耐電電食（蝕）性性。離子遷移它是是在線路板兩兩正負電極間間沿玻璃纖維維表面出現導導電絲生長而而發生絕緣破破壞的現象。。——高性能板板材高性能板材：：耐CAF板板材耐CAF板材材隨著電子工業業的飛速發展展，電子產品品輕、薄、短短、小化，PCB的孔間間距和線間距距就會變的越越來越小，線線路也越來越越細密，這樣樣一來PCB的耐離子遷遷移性能就變變的越來越重重視。離子遷遷移（ConductiveAnodicFilament簡簡稱CAF）），最先是由由貝爾實驗室室的研究人員員于1955年發現的，，它是指金屬屬離子在電場場的作用下在在非金屬介質質中發生的電電遷移化學反反應，從而在在電路的陽極極、陰極間形形成一個導電電通道而導致致電路短路。。——高性能板板材為什么會提出出耐離子遷移移性？隨著電子產品品的多功能化化與輕薄小型型化，使得線線路板的線路路與孔越來越越細密，絕緣緣距離更加短短小，這對絕絕緣基材的絕絕緣性能要求求更高。特別是在潮濕濕環境下，由由于基材的吸吸潮性，玻璃璃與樹脂界面面結合為最薄薄弱點，基材材中可水解的的游離離子緩緩慢聚集，這這些離子在電電場作用下在在電極間移動動而形成導電電通道，如如果電極間距距離越小，形形成通道時間間越短，基材材絕緣破壞越越快。過去由于線路路密度小，電電子產品使用用10萬小時時以上也沒有有問題，現在在密度高也許許1萬小時就就發生絕緣性性能下降的現現象。因此對對基材提出了了耐離子遷移移的問題。——高性能板板材CAF的生長長機理在陽極，銅失失去電子變成成銅離子。在陰極，銅離離子獲得電子子還原成銅。。于是出現銅銅絲生長。——高性能板板材離子遷移對電電子產品的危危害1）電子產品品信號變差，，性能下降，，可靠性下降降。2）電子產品品使用壽命縮縮短。3）能耗提高高。4）絕緣破壞壞，可能出現現短路而發生生火災安全問問題。——高性能板板材高性能板材：：耐CAF板板材耐CAF板材材遷移的形式式離子遷移的形形式有孔與孔孔（HoleToHole）、、孔與線（HoleToLine）、線與與線（LineToLine）、層與層層（LayerToLayer），其中最最容易發生在在孔與孔之間間。如下圖所所示:——高性能板板材離子遷移的四四種情形a）孔間b）導線與孔孔c）層層間d）導導線間AnodeCathodeE-glassfibers~10mmdia.PWBCAFAnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.AnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.(a)(d)(b)(c)AnodeCathode——高性能板板材TestCondition：：85℃、85%RH，，DC50VSampleConstruction：：TH-TH0.65mm,Space0.25mm,L-L0.10mmSampleType：FR-4S1170——高性能板板材普通FR-4S1141耐CAFFR-4S1141KF——高性能板板材ROHS標準準ROHS標準準定義RoHS是《電氣、電電子設備中限限制使用某些些有害物質指指令》(theRestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesinelectricalandelectronicequipment)的的英文縮寫。。此指令主要要是對產品中中的鉛、汞、、鎘、六價鉻鉻、聚溴聯苯苯(PBB)及聚溴聯苯苯醚(PBDE)含量進進行限制。不符合ROHS標準有害物質RoHS一共共列出六種有有害物質，包包括：鉛Pb，鎘Cd，，汞Hg，六六價鉻Cr6＋，聚溴聯聯苯PBB，，聚溴聯苯醚醚PBDE。。ROHS標準準實施時間歐盟將在2006年7月月1日實施RoHS，屆屆時，不符合合標準的電氣氣電子產品將將不允許進入入歐盟市場。。ROHS工藝藝實施目前印制板采采用的無鉛化化表面處理方方法有涂覆可可焊性有機保保護層（OSP）、電鍍鍍鎳/金，化化學鍍鎳/金金、電鍍錫、、化學鍍錫、、化學鍍銀、、熱風整平無無鉛焊錫等。。這些表面處處理方法有的的在印制板產產品得到大量量應用，有的的還在推廣中中。無鉛焊錫錫熱風整平工工藝與設備也也已進入試用用之中。——高高性能能板材材板材的的發展展趨勢勢：兩兩大發發展趨趨勢無鹵化化；無鉛化化；——高高性能能板材材性能板板材:無鹵鹵素板板材無鹵素素板材材，還還有以以下的的其他他稱呼呼：環保型型覆銅銅板EnvironmentalProtectionCCL無鹵型型覆銅銅板Halogen-FreeCCL綠色覆覆銅板板GreenCCL無鹵無無銻型型覆銅銅板Halogen/AntimonyFreeCCL環境調調和型型覆銅銅板EnvironmentallyConsciousCCL環境友友好型型覆銅銅板Environment-FriendlyCCL——高高性能能板材材板材的的發展展趨勢勢：無無鹵和和無鉛鉛被列入入禁用用的六六種有有害物物質與與印制制板直直接相相關的的是鉛鉛、聚聚溴聯聯苯（（PBB））和聚聚溴二二苯醚醚（PBDE））。鉛鉛是用用于印印制板板板面面連接接盤上上可焊焊性錫錫鉛涂涂覆層層，有有熱風風整平平錫鉛鉛焊料料或電電鍍錫錫鉛形形成；；PBB與與PBDE類溴溴化物物是用用作印印制板板基材材覆銅銅箔層層壓板板與半半固化化片的的阻燃燃劑，，被混混合在在樹脂脂中。。——高高性能能板材材高性能能板材材：無無鹵素素板材材無鹵素素板材材定義義：①阻阻燃性性達到到UL94V-0級。。②不不含鹵鹵素（（JPCA標準準:Cl≤900ppm、、Br≤900ppm)、銻銻、紅紅磷等等，板板材燃燃燒時時發煙煙量少少、難難聞聞氣味味少。。③在在生產產、加加工、、應用用、火火災、、廢棄棄處理理（回回收、、掩埋埋、燃燃燒燒）過過程程中，，不會會產生生對人人體和和環境境有害害的物物質質。④一一般性性能與與普通通板材材相同同，達達到IPC-4101標標準。。⑤PCB加工工性與與普通通板材材基本本相同同。⑥以以后它它還要要求節節能、、能回回收利利用。。——高高性能能板材材高性能能板材材:無無鹵素素板材材無鹵素素板材材開發發背景景（一一）：：電子工工業的的飛速速發展展，導導致了了電氣氣電子子產品品廢棄棄物（（WEEE）驟驟增。。據統計計，歐歐盟每每年產產生的的WEEE高達達六百百萬噸噸（人人均14kg）），預預計未未來2-3年將將增至至約900萬噸噸！報廢的的電器器在處處理、、回收收利用用時，，含有有的鉛鉛、汞汞等重重金屬屬和鹵鹵素會會對環環境(水水、土土壤、、空氣氣等)造成成污染染。據有關關資料料顯示示，我我國每每年有有數千千噸印印制線線路板板遺棄棄并混混進一一般生生活垃垃圾。。——高高性能能板材材高性能能板材材:無無鹵素素板材材無鹵素素板材材開發發背景景(二二)：：上世紀紀七、、八十十年代代，德德國和和意大大利阻阻燃劑劑有專專家認認為吸吸入Sb2O3粉粉塵會會致肺肺癌。。1982年年，瑞瑞士聯聯邦研研究所所發現現，含含鹵化化合物物不完完全燃燃燒時時（燃燃燒溫溫度510~630℃））會產產生二二噁英英。1985年年，德德國綠綠色和和平組組織員員在含含溴化化合物物材料料燃燒燒產物物中檢檢查出出二噁噁英。。同時，，荷蘭蘭牧場場主反反映，，燃燒燒含溴溴化合合物廢廢棄產產品時時，檢檢測到到煙塵塵中有有二噁噁英化化學結結構物物質。。上世紀紀九十十年代代中期期，日日本厚厚生省省指出出，在在焚燒燒爐廢廢氣中中發現現二噁噁英。。——高高性能能板材材高性能能板材材:無無鹵素素板材材如何開開發無無鹵素素板材材環保型型PCB不不僅要要求采采用環環保型型覆銅銅板，，也要要求所所用化化學原原料和和制作作工藝藝的環環保化化，例例，用用次亞亞磷酸酸鈉或或硼氫氫化物物作還還原劑劑進行行化學學鍍銅銅，而而不用用有害害的甲甲醛；；采用用羥基基磺酸酸來取取代氟氟硼酸酸；用用錫鍍鍍層取取代鉛鉛錫合合金鍍鍍層等等；采采用無無氟無無鉛鍍鍍錫；；采用用銀漿漿貫孔孔工藝藝；采采用無無鉛焊焊接工工藝（（Pb-free））等等等。——高性性能板材材板材的發發展趨勢勢：責任任承擔無鹵化：：無鹵素阻阻燃型覆覆銅箔層層壓板材材料是由由印制板板上游材材料制制造廠解解決，綠綠色新材材料已在在批量化化推廣中中；無鉛化：：無鉛化印印制板就就由印制制板生產產廠來承承擔。——高性性能板材材板材的發發展趨勢勢：無鹵鹵化無鹵化：：印制板基基材覆銅銅箔層壓壓板是由由樹脂、、增強物物（玻璃璃布或纖纖維紙））、銅箔箔組成，，在樹脂脂中加入入阻燃劑劑提高印印制板的的防火安安全性。。常用阻阻燃劑主主要是鹵鹵素（溴溴）化合合物，含含有PBB與PBDE，將被被禁止使使用。代替鹵素阻阻燃劑的現現有磷化物物、氮化物物、有機硅硅等。代替替鹵素化合合物阻燃劑劑現多數采采用磷化物物阻燃劑，，但磷化物物阻燃劑穩穩定性差，，磷也有潛潛在毒性，，因此也有有提出無鹵鹵無磷環保保要求。磷磷化物與氮氮化物混合合使用有較較佳效果，，有機硅阻阻燃劑耐熱熱性高，膨膨脹系數小小，尺寸穩穩定性好。。更進一步步研究是采采用納米級級微粒阻燃燃物。——高性能能板材板材的發展展趨勢：無無鉛化無鉛化：(1)印制制板上涂覆覆錫鉛焊料料早就存在在，并且是是目前應用用最多、可可焊性最有有效的印制制板連接盤盤保護層。。印制板表表面涂覆錫錫鉛焊料的的工藝方法法有熱風整整平錫鉛焊焊料或電鍍鍍錫鉛合金金，根據歐歐盟和有關關國家法規規在國家法法規在2006年7月前將完完全被取消消。目前印制板板采用的無無鉛化表面面處理方法法有涂覆可可焊性有機機保護層（（OSP））、電鍍鎳鎳/金，化化學鍍鎳/金、電鍍鍍錫、化學學鍍錫、化化學鍍銀、、熱風整平平無鉛焊錫錫等。這些些表面處理理方法有的的在印制板板產品得到到大量應用用，有的還還在推廣中中。無鉛焊焊錫熱風整整平工藝與與設備也已已進入試用用之中。——高性能能板材板材的發展展趨勢：無無鉛化無鉛化：(2)代替替錫鉛焊料料的無鉛焊焊料，有錫錫銀焊料、、錫銀鉛焊焊料、錫鋅鋅焊料，錫錫鉍焊料、、錫銀鉍焊焊料等等。。現在推廣廣應用較多多的是錫銀銀銅焊料（（95.5Sn/4Ag/0.5Cu），熔點點在217℃。這種種無鉛焊料料的熔點比比錫鉛焊料料（63Sn/37Pb）熔熔點183℃，高出出34℃，，無疑在焊焊接時溫度度要提高，，印制板的的耐溫性也也要提高。。無鉛焊料料的焊接溫溫度比通常常錫鉛焊料料的焊接溫溫度要高出出30℃-40℃，，要求印制制板基材玻玻璃化轉化化溫度（Tg）高，，耐熱性好好；也要求求多層板層層壓與金屬屬化孔可靠靠，不可出出現受熱分分層或孔壁壁斷裂。這這是無鉛化化對印制板板性能的新新要求。——高性能能板材高性能板材材：聚四氟乙烯聚四氟乙烯烯(P