PCB基材及工藝設(shè)計課件

PCB專業(yè)知識第二講

PCB用基板材料程杰業(yè)務經(jīng)理/市場部方東煒技術(shù)服務工程師/工藝部雙面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覆銅板半固化片上膠機壓機覆銅板主要生產(chǎn)設(shè)備生益科技自動剪切線↑生益CCL自動分發(fā)線↓生益小板自動開料機半固化片

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(huán)氧玻纖布覆銅板生產(chǎn)過程中，玻纖布經(jīng)上膠機上膠并烘干至“B”階（B”階是指高分子物已經(jīng)相當部分關(guān)聯(lián)，但此時物料仍然處于可溶、可熔狀態(tài)），此種半成品俗稱黏結(jié)片。它有兩種用途，一是直接用于壓制覆銅板，通常稱為黏結(jié)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(chǎn)過程是一樣的。半固化片半固化片生產(chǎn)車間非阻燃型阻燃型（V-0、V-1）剛性板紙基板XPC、XXXPCFR-1、FR-2、FR-3復合基板CEM-2、CEM-4CEM-1、CEM-3CEM-5玻纖布基板G-10、G-11FR-4、FR-5PI板、PTFE板、BT板、PPE（PPO）板、CE板等。涂樹脂銅箔（RCC）、金屬基板、陶瓷基板等。撓性板聚酯薄膜撓性覆銅板、聚酰亞胺薄膜撓性覆銅板環(huán)氧玻纖布基板（FR-4,FR-5)(1)環(huán)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(xiàn)雙面和多層印刷層與層間的電路導通，環(huán)氧玻纖布覆銅板是覆銅板所有品質(zhì)中用途最廣、用量最大的一類。廣泛用于移動通訊，數(shù)字電視，衛(wèi)星，雷達等產(chǎn)品中。在全世界各類覆銅板中，紙基覆銅板和環(huán)氧玻纖布覆銅板約占92%(2)在NEMA標準中，環(huán)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（阻燃）、FR-5(保留熱強度，阻燃）。目前環(huán)氧玻纖布覆銅板中，F(xiàn)R-4板用量占90%以上，它已經(jīng)發(fā)展成為可適用于不同用途環(huán)氧玻纖布覆銅板的總稱；環(huán)氧玻纖布基板主要組成:

E型玻纖布(GlassFiberPaper)型號7628、2116、1080、3313、1500、106等環(huán)氧樹脂（Resin）雙官能團樹脂、多官能團樹脂；銅箔（Copper）電解銅箔（1/3OZ,1/2OZ,10Z,20Z,30Z,50Z)壓延銅箔（主要應用在繞性覆銅板上）固化劑DICYNOVOLAC

玻璃布樹脂基板材料生產(chǎn)過程中，高分子樹脂（PolymerResin)是重要的原料之一，根據(jù)不同類型的基板要求，可以采用不同的樹脂，常用的有：酚酫樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂，聚酯樹脂以及一些特殊樹脂如PI、PTFE、BT、PPE。銅箔按照銅箔的不同制法可分為壓延銅箔和電解銅箔兩大類。（1）壓延銅箔是將銅板經(jīng)過多次重復輥軋而制成的原箔（也叫毛箔），根據(jù)要求進行粗化處理。由于壓延加工工藝的限制，其寬度很難滿足剛性覆銅板的要求，所以在剛性覆銅板上使用極少；由于壓延銅箔耐折性和彈性系數(shù)大于電解銅箔，故適于柔性覆銅箔上；（2）電解銅箔是將銅先溶解制成溶液，再在專用的電解設(shè)備中將硫酸銅電解液在直流電的作用下，電沉積而制成銅箔，然后根據(jù)要求對原箔進行表面處理、耐熱層處理和防氧化等一系列的表面處理。復合基板(compositeepoxymaterial)面料和芯料由不同的增強材料構(gòu)成的剛性覆銅板，稱為復合基覆銅板。這類板主要是CEM系列覆銅板。其中CEM-1(環(huán)氧紙基芯料)和CEM-3(環(huán)氧玻璃無紡布芯料)是CEM中兩個重要的品種。具有優(yōu)異的機械加工性，適合沖孔工藝；由于增強材料的限制，一般板材最薄厚度為0.6mm，最厚為2.0mm;填料的不同可以使得基材有不同功能：如適合LED用的白板、黑板；家電行業(yè)用的高CTI板等等；

CEM-1CEM-1覆銅板的結(jié)構(gòu)：由兩種不同的基材組成，即面料是玻纖布，芯料是紙或玻璃紙，樹脂均是環(huán)氧樹脂。產(chǎn)品以單面覆銅板為主；CEM-1覆銅板的特點：產(chǎn)品的主要性能優(yōu)于紙基覆銅板；具有優(yōu)異的機械加工性；成本低于玻纖覆銅板；

CEM-3CEM-3是性能水平、價格介于CEM-1和FR-4之間的復合型覆銅板層壓板，這種板材用浸漬環(huán)氧樹脂的玻纖布作板面，環(huán)氧樹脂玻纖紙作芯料，單面或雙面覆蓋銅箔后熱壓而成。銅箔玻璃布面料芯料玻璃布面料銅箔復合基板結(jié)構(gòu)CCL厚度分布范圍FR-4Min.0.05mmtoMax.3.2mmCEM-3Min.0.6mmtoMax.1.6mm積層電路板板材：覆銅箔樹脂RCC

覆銅箔樹脂RCCRCC的組成：RCC是在超薄銅箔的粗化面上涂覆一層能滿足特定性能要求的高性能樹脂組合物，然后經(jīng)烘箱干燥半固化，在銅箔的粗化面上形成一層厚度均勻的樹脂而構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如下：

樹脂層30-100um銅箔一般9、12、18um生益普通FR-4(S1141)性能指標基材常見的性能指標：Tg溫度

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)目前FR-4板的Tg值一般在130-140度，而在印制板制程中，有幾個工序的問題會超過此范圍，對制品的加工效果及最終狀態(tài)會產(chǎn)生一定的影響。因此，提高Tg是提高FR-4耐熱性的一個主要方法。其中一個重要手段就是提高固化體系的關(guān)聯(lián)密度或在樹脂配方中增加芳香基的含量。在一般FR-4樹脂配方中，引入部分三官能團及多功能團的環(huán)氧樹脂或是引入部分酚酫型環(huán)氧樹脂，把Tg值提高到160-200度左右。

基材常見的性能指標：介電常數(shù)DK介電常數(shù)

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，信息處理和信息傳播速度提高，為了擴大通訊通道，使用頻率向高頻領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，它要求基板材料具有較低的介電常數(shù)e和低介電損耗正切tg。只有降低e才能獲得高的信號傳播速度，也只有降低tg,才能減少信號傳播損失。(關(guān)于介電常數(shù)e和介電損耗正切tg和傳播速度、傳播損失的關(guān)系詳見特殊板材：PTFE一章)基材常見的性能指標：熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)（CTE）隨著印制板精密化、多層化以及BGA,CSP等技術(shù)的發(fā)展，對覆銅板尺寸的穩(wěn)定性提出了更高的要求。覆銅板的尺寸穩(wěn)定性雖然和生產(chǎn)工藝有關(guān)，但主要還是取決于構(gòu)成覆銅板的三種原材料：樹脂、增強材料、銅箔。通常采取的方法是（1）對樹脂進行改性，如改性環(huán)氧樹脂（2）降低樹脂的含量比例,但這樣會降低基板的電絕緣性能和化學性能；銅箔對覆銅板的尺寸穩(wěn)定性影響比較小。TMA曲線圖幾種高性能板材耐CAF板材無鹵素板材ROHS標準和符合ROHS標準板材聚四氟乙烯(PTFE)PPE玻纖布覆銅板BT高性能板材：耐CAF板材耐CAF板材隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品輕、薄、短、小化，PCB的孔間距和線間距就會變的越來越小，線路也越來越細密，這樣一來PCB的耐離子遷移性能就變的越來越重視。離子遷移（ConductiveAnodicFilament簡稱CAF），最先是由貝爾實驗室的研究人員于1955年發(fā)現(xiàn)的，它是指金屬離子在電場的作用下在非金屬介質(zhì)中發(fā)生的電遷移化學反應，從而在電路的陽極、陰極間形成一個導電通道而導致電路短路。為什么會提出耐離子遷移性？隨著電子產(chǎn)品的多功能化與輕薄小型化，使得線路板的線路與孔越來越細密，絕緣距離更加短小，這對絕緣基材的絕緣性能要求更高。特別是在潮濕環(huán)境下，由于基材的吸潮性，玻璃與樹脂界面結(jié)合為最薄弱點，基材中可水解的游離離子緩慢聚集，這些離子在電場作用下在電極間移動而形成導電通道，如果電極間距離越小，形成通道時間越短，基材絕緣破壞越快。過去由于線路密度小，電子產(chǎn)品使用10萬小時以上也沒有問題，現(xiàn)在密度高也許1萬小時就發(fā)生絕緣性能下降的現(xiàn)象。因此對基材提出了耐離子遷移的問題。離子遷移對電子產(chǎn)品的危害1）電子產(chǎn)品信號變差，性能下降，可靠性下降。2）電子產(chǎn)品使用壽命縮短。3）能耗提高。4）絕緣破壞，可能出現(xiàn)短路而發(fā)生火災安全問題。高性能板材：耐CAF板材

耐CAF板材遷移的形式離子遷移的形式有孔與孔（HoleToHole）、孔與線（HoleToLine）、線與線（LineToLine）、層與層（LayerToLayer），其中最容易發(fā)生在孔與孔之間。如下圖所示:

離子遷移的四種情形a）孔間b）導線與孔c）層間d）導線間AnodeCathodeE-glassfibers~10mmdia.PWBCAFAnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.AnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.(a)(d)(b)(c)AnodeCathodeTestCondition：85℃、85%RH，DC50VSampleConstruction：TH-TH0.65mm,Space0.25mm,L-L0.10mmSampleType：FR-4S1170普通FR-4S1141耐CAFFR-4S1141KF板材的發(fā)展趨勢：兩大發(fā)展趨勢無鹵化；無鉛化；

ROHS標準ROHS標準定義RoHS是《電氣、電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》(theRestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesinelectricalandelectronicequipment)的英文縮寫。此指令主要是對產(chǎn)品中的鉛、汞、鎘、六價鉻、聚溴聯(lián)苯(PBB)及聚溴聯(lián)苯醚(PBDE)含量進行限制。不符合ROHS標準有害物質(zhì)

RoHS一共列出六種有害物質(zhì)，包括：鉛Pb，鎘Cd，汞Hg，六價鉻Cr6＋，聚溴聯(lián)苯PBB，聚溴聯(lián)苯醚PBDE。ROHS標準實施時間歐盟將在2006年7月1日實施RoHS，屆時，不符合標準的電氣電子產(chǎn)品將不允許進入歐盟市場。ROHS工藝實施目前印制板采用的無鉛化表面處理方法有涂覆可焊性有機保護層（OSP）、電鍍鎳/金，化學鍍鎳/金、電鍍錫、化學鍍錫、化學鍍銀、熱風整平無鉛焊錫等。這些表面處理方法有的在印制板產(chǎn)品得到大量應用，有的還在推廣中。無鉛焊錫熱風整平工藝與設(shè)備也已進入試用之中。板材的發(fā)展趨勢：無鹵和無鉛被列入禁用的六種有害物質(zhì)與印制板直接相關(guān)的是鉛、聚溴聯(lián)苯（PBB）和聚溴二苯醚（PBDE）。鉛是用于印制板板面連接盤上可焊性錫鉛涂覆層，有熱風整平錫鉛焊料或電鍍錫鉛形成；PBB與PBDE類溴化物是用作印制板基材覆銅箔層壓板與半固化片的阻燃劑，被混合在樹脂中。性能板材:無鹵素板材無鹵素板材，還有以下的其他稱呼：環(huán)保型覆銅板EnvironmentalProtectionCCL

無鹵型覆銅板Halogen-FreeCCL

綠色覆銅板GreenCCL

無鹵無銻型覆銅板Halogen/AntimonyFreeCCL

環(huán)境調(diào)和型覆銅板EnvironmentallyConsciousCCL

環(huán)境友好型覆銅板Environment-FriendlyCCL高性能板材：無鹵素板材無鹵素板材定義：①阻燃性達到UL94V-0級。②不含鹵素（JPCA標準:Cl≤900ppm、Br≤900ppm)、銻、紅磷等，板材燃燒時發(fā)煙量少、難聞氣味少。③在生產(chǎn)、加工、應用、火災、廢棄處理（回收、掩埋、燃燒）過程中，不會產(chǎn)生對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)。④一般性能與普通板材相同，達到IPC-4101標準。⑤PCB加工性與普通板材基本相同。⑥以后它還要求節(jié)能、能回收利用。高性能板材:無鹵素板材無鹵素板材開發(fā)背景（一）：電子工業(yè)的飛速發(fā)展，導致了電氣電子產(chǎn)品廢棄物（WEEE）驟增。據(jù)統(tǒng)計，歐盟每年產(chǎn)生的WEEE高達六百萬噸（人均14kg），預計未來2-3年將增至約900萬噸！報廢的電器在處理、回收利用時，含有的鉛、汞等重金屬和鹵素會對環(huán)境(水、土壤、空氣等)造成污染。據(jù)有關(guān)資料顯示，我國每年有數(shù)千噸印制線路板遺棄并混進一般生活垃圾。高性能板材:無鹵素板材無鹵素板材開發(fā)背景(二)：上世紀七、八十年代，德國和意大利阻燃劑有專家認為吸入Sb2O3粉塵會致肺癌。1982年，瑞士聯(lián)邦研究所發(fā)現(xiàn)，含鹵化合物不完全燃燒時（燃燒溫度510~630℃）會產(chǎn)生二噁英。1985年，德國綠色和平組織員在含溴化合物材料燃燒產(chǎn)物中檢查出二噁英。同時，荷蘭牧場主反映，燃燒含溴化合物廢棄產(chǎn)品時，檢測到煙塵中有二噁英化學結(jié)構(gòu)物質(zhì)。上世紀九十年代中期，日本厚生省指出，在焚燒爐廢氣中發(fā)現(xiàn)二噁英。高性能板材:無鹵素板材如何制作無鹵素PCB板

環(huán)保型PCB不僅要求采用環(huán)保型覆銅板，也要求所用化學原料和制作工藝的環(huán)?；?，用次亞磷酸鈉或硼氫化物作還原劑進行化學鍍銅，而不用有害的甲醛；采用羥基磺酸來取代氟硼酸；用錫鍍層取代鉛錫合金鍍層等；采用無氟無鉛鍍錫；采用銀漿貫孔工藝；采用無鉛焊接工藝（Pb-free）等等。板材的發(fā)展趨勢：無鉛化無鉛化：(1)印制板上涂覆錫鉛焊料早就存在，并且是目前應用最多、可焊性最有效的印制板連接盤保護層。印制板表面涂覆錫鉛焊料的工藝方法有熱風整平錫鉛焊料或電鍍錫鉛合金，根據(jù)歐盟和有關(guān)國家法規(guī)在國家法規(guī)在2006年7月前將完全被取消。目前印制板采用的無鉛化表面處理方法有涂覆可焊性有機保護層（OSP）、電鍍鎳/金，化學鍍鎳/金、電鍍錫、化學鍍錫、化學鍍銀、熱風整平無鉛焊錫等。這些表面處理方法有的在印制板產(chǎn)品得到大量應用，有的還在推廣中。無鉛焊錫熱風整平工藝與設(shè)備也已進入試用之中。板材的發(fā)展趨勢：無鉛化無鉛化：(2)代替錫鉛焊料的無鉛焊料，有錫銀焊料、錫銀鉛焊料、錫鋅焊料，錫鉍焊料、錫銀鉍焊料等等?，F(xiàn)在推廣應用較多的是錫銀銅焊料（95.5Sn/4Ag/0.5Cu），熔點在217℃。這種無鉛焊料的熔點比錫鉛焊料（63Sn