新型微波電路基材PPE玻纖布覆銅板

1、新型微波電路基材一一PPE玻纖布覆銅板 蘇民社，師劍英 1前言 近年來，隨著電子產品向小型化、高頻化、數(shù)字化、高可靠性化的方向發(fā) 展，特別是SMT COB BGA等安裝技術在PCB中的大量使用，對微波PCB基材的 性能要求不斷地提高，要求PCB材料不僅具有良好的介電性能，還應具有低成本、 低吸濕率、良好的尺寸穩(wěn)定性、高的耐熱性、熱膨脹系數(shù)低及良好的加工性能。 PPE(polyphenyleneether )玻纖布覆銅板以優(yōu)良的介電性能、高耐熱性、 較之傳統(tǒng)的聚四氟乙烯板的成本低、加工性能優(yōu)異、通孔可靠性好等特點，成為 一種新型高性能微波PCB基材，近年來得到了迅速的發(fā)展和應用。 自20世紀80

2、年代以來，日本、美國等國家相繼推出了多種類型的PPE 玻纖布覆銅板，其中比較有代表性的生產廠及產品有：日本松下電工的R4726 R4728覆銅板，美國GE公司的RG200覆銅板，日本三菱瓦斯化學的 CCL HL 870覆銅板，日本旭化成工業(yè)的 S2100覆銅板系列等。在國內，704廠于1997 年對此類產品進行開發(fā)，先后開發(fā)出低介電常數(shù)和高介電常數(shù)兩種類型的PPE 玻纖布覆銅板。其中低介電常數(shù)的覆銅板于2000年通過信息產業(yè)部的鑒定，從 而填補了我國高性能微波電路基材一PPE玻纖布覆銅板的空白。 2PPE玻纖布覆銅板的制作工藝 PPE是一種高分子量的熱塑性樹脂，將其直接用于覆銅板中存在以下缺

3、占： 八、 (1) 熔融粘度高，難于加工成型； (2) 耐溶劑性差，在制作PCB時的溶劑清洗過程中或在有溶劑的環(huán)境中， 易造成導線附著不牢或脫落； (3) 熔點與玻璃化溫度相近，難于承受 PCB工藝要求的260C以上的焊 錫操作。 因此，制造PPE玻纖布覆銅板用的PPE樹脂，經(jīng)熱固性改性后才能使用。 PPE樹脂的熱固性改性一般有兩種途徑：(1)在PPE分子結構上引入可交聯(lián)的 活性基團，使之成為熱固性的樹脂；(2)通過共混改性或互穿網(wǎng)絡(IPN)技術， 引入其它的熱固性樹脂，形成相容共混的熱固性 PPE樹脂體系。 目前，國內外的PPE樹脂改性主要有以下幾種方法：聚烯烴改性 PPE環(huán) 氧改性PPE

4、;TAIC改性PPE氰酸酯或BT樹脂改性PPE;在 PPE分子結構上引入烯 丙基活性基團。PPE玻纖布覆銅板因所采用的PPEW脂的改性路線不同，制作工 藝有差異，但大多數(shù)改性工藝路線都采用以下的制作工藝： (1) PPE樹脂的改性及混膠 在PPE分子中引入極性基團，增加與共混樹脂的相容性，或在PPE分子中 引入烯丙基活性基團，制作成熱固性樹脂。然后與共混樹脂及其它助劑等配制樹 脂膠液。 (2) 浸膠 用玻纖布浸漬改性PPE樹脂膠液，可以采用立式上膠機上膠。在此過程 中，合理的控制工藝參數(shù)是制作表面質量及性能良好的半固化片的關鍵。 與FR-4 樹脂液上膠不同的是，大分子量的改性PPE樹脂難于浸透

5、到玻纖布的間隙中，由 于PPE樹脂具有良好的成膜性，在烘干的過程中浮在玻纖布表面的 PPE樹脂形成 一層柔韌、光滑、平整的膜。因此做成的半固化片，表面光滑，不掉樹脂末。 壓制 根據(jù)制作的尺寸及厚度要求，稱取一定量的改性 PPE半固化片，疊加在 一起，覆以銅箔，裝模后推入壓機，在 150C260C、30100kg/cm2的條件下 成型。 3PPE玻纖布覆銅板的性能 為了滿足電子產品小型化和信號傳送高速化的要求， 704廠研究所開發(fā) 了低介電常數(shù)和高介電常數(shù)兩種類型的 PPE玻纖布覆銅板，下面分別介紹它們的 主要性能。 3.1低介電常數(shù)覆銅板 微波電路中信號傳播速度和介電常數(shù)的公式是： m 式中，

6、k是常數(shù)，C是光速（cm/ns） , 是基板的介電常數(shù)。 由式（1）可知，介電常數(shù)越小，信號傳播速度越高。因此微波電路基板 的介電常數(shù)越小，越有利于電子信號的高速傳遞。 704廠研究所低介電常數(shù)PPE玻纖布覆銅板的牌號為LGC 046,該覆銅 板在制作過程中采用特殊的樹脂合成方法，在PPE的分子末端引入烯丙基活性基 團，與交聯(lián)劑組成熱固性的樹脂體系。該樹脂體系具有良好的工藝性，可采用覆 銅板通用的浸膠設備上膠。制作出的半固化片表面光滑、均勻、不掉樹脂末，并 具有良好的熔融流動性?？勺鳛槎鄬覲CB層間粘結用的半固化片。用該半固化片 制作PPE玻纖布覆銅板，可采用與FR 4覆銅板相似的壓制工藝，不

7、需要后固 化處理。該半固化片比FR-4半固化片的熔融流動性稍低，因此壓制成的覆銅板 具有良好的厚度精度。LGC-046覆銅板的主要性能及與其它覆銅板的性能比較 （見表2）如下： 表2 LGC-046與其它覆銅板的性能比較 項目 LGC 046 覆銅板 聚酰亞胺覆 銅板 氰酸酯覆 銅板 聚四氟乙烯 覆銅板 FR 5覆銅 板 介電常數(shù) （1MHZ 3.2 4.6 4.7 3.8 2.5 2.7 4.7 5.0 介質損耗 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 剝離強度 /（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) 介電常數(shù)小，& =3.2 0.1 ( 1GHZ，該數(shù)值在10GHz以內能很好 的保持，可顯著提高信號的傳播速度。 (2) 損耗因數(shù)tg SW0.005 (1GHZ，信號傳輸過程中的能量損失小。 (3) 無焊盤金屬化孔拉脫強度30N。 (4) 玻璃轉化溫度高，Tg 150C，板材剛度好且耐熱性好。 (5) 密度小(d=1.5g/cm3)，可使P

9、CB輕量化(PTFE覆銅板的比重為 2.1g 2.2g/cm3)。 (6) 加工性能與通用的FR-4相同。 3.2高介電常數(shù)覆銅板 有些微波電路中的元件需要制作得很小，以滿足電子產品小型化的要求。 高介電常數(shù)覆銅板使這種要求成為可能。 微波信號傳輸和接收元件(如微帶天線)的外觀如圖1所示。其共振頻 率的公式如式(2)。 尸卩昭:(2) 式中：C是光速，&是基板的介電常數(shù),d是電極的邊長。 從公式(2)可以看出，在頻率f 一定的情況下，電路基板的介電常數(shù)越 大，元件的邊長越小。另外，基板的介質損耗因數(shù)也應小，這樣可以有效地降低 信號傳輸產生的噪音。 704廠研究所利用PPE樹脂低損耗的特性，在L

10、GC-046覆銅板的研究基 礎上，開發(fā)了大介電常數(shù)覆銅板。該產品的主要性能為： (1) 介電常數(shù)(1MHZ : 10.5 0.5 (2) 介質損耗角正切(1MHZ : 20s (5) 體積電阻：106MQ cm (6) 表面電阻率：106MQ 4PPE玻纖布覆銅板的用途和發(fā)展情況 隨著信息產業(yè)的高速發(fā)展，對信息傳送和處理的速度要求不斷提高，電 子通訊設備的使用頻率不斷提高及電子通訊設備的大量普及，對微波電路基板的 需求越來越大，性能要求越來越高。長期以來，微波PCB大都使用PTFE覆銅板 作基板，但由于其價格高、剛性差及難于加工等因素，其許多應用領域正逐漸被 PPE玻纖布覆銅板所代替。PPE玻

11、纖布覆銅板因具有優(yōu)異的介電性能、加工性能 好、高耐熱、尺寸穩(wěn)定性好、密度低等優(yōu)點，可提高微波電路中信號的傳播速度， 使電子產品輕量化，小型化及可靠性大大提高，因而被廣泛用作移動電話、汽車 電話、衛(wèi)星通訊設備、大型電子計算機等信息傳遞及處理設備的電路基板。 目前，國外生產PPE玻纖布覆銅板的廠家主要集中在日本和美國，各生 產廠家采用的工藝路線不同，松下電工的R4726采用TAIC改性PPE體系，三菱 瓦斯化學的CCL HL 870采用BT樹脂改性PPE體系，美國GE公司的RG200 采用環(huán)氧改性PPE體系，日本旭化成工業(yè)的S2100采用在PPE的分子結構中引入 烯丙基活性基團，是所有改性方法中比

12、較獨特、比較理想的一種。目前，市場對 微波電路基板的需求越來越大，其中RG200在美國微波電路基板的市場中占據(jù)較 大的份額。在國內，704廠研究所最早開始PPE玻纖布覆銅板的研究和開發(fā)，LGC 046覆銅板于2000年通過由信息產業(yè)部組織的設計定型鑒定，經(jīng)過不斷的工 藝研究，現(xiàn)已具備規(guī)模生產能力。產品已被眾多的用戶認可并使用。表3列出 LGC 046與國外同類覆銅板的特性比較。 表3LGC 046與國外同類覆銅板的比較 項目 704廠研究 所 日本旭化 成 日本松下電 工 日本三菱瓦斯 化學 美國GE公 司 LGC 046 S2100 R4726 CCL HL 870 RG200 介電常數(shù) (

13、1MHZ 3.2 3.5 3.5 3.8 3.9 4.3 介質損耗角正 切 0.003 0.0025 0.003 0.002 0.01 Tg/C 150 200220 180 190 190 210 5PPE玻纖布覆銅板的發(fā)展方向 隨著電子產品小型化、信號傳輸及處理高速化、降低雜波達到更好阻抗 控制要求的提高、多層PCB層數(shù)增多以及各種封裝技術在 PCB的使用，對微波 印制電路板的介電性能及可靠性的要求在不斷提高。今后PPE玻纖布覆銅板的發(fā) 展方向，可概括為以下幾個方面，如表 4所示。 表4微波電路用PPE覆銅板的性能 性能 特點 1.低介電常數(shù) 咼的信號傳輸速率，低失真性，可減小多層板 的厚度 2.微波波段介質損耗因數(shù)小 能量損失小，適合于微波電路 3 低X、Y方向熱膨脹系數(shù)（CTE 適合于表面安裝技術