PCB基板材料选型与工艺要求课件.ppt

PCB专业知识第二讲 PCB用基板材料程 杰 业务经理/市场部方东炜 技术服务工程师/工艺部双面PCB用基材组成 双面覆铜板单面PCB用基材组成 单面覆铜板多层PCB用基材组成 铜箔 半固化片 芯板铜箔半固化片覆铜板半固片铜箔覆铜板覆铜板半固化片半固化片覆铜板生产流程上胶机压机覆铜板主要生产设备覆铜板主要生产设备生益科技自动剪切线生益科技自动剪切线生益科技自动剪切线生益科技自动剪切线生益CCL自动分发线生益小板自动开料机半固化片 在多层电路板层压时使用的半固化片，是覆铜板在制作过程中的半成品。在环氧玻纤布覆铜板生产过程中，玻纤布经上胶机上胶并烘干至“B”阶（B”阶是指高分子物已经相当部分关联，但此时物料仍然处于可溶、可熔状态），此种半成品俗称黏结片。它有两种用途，一是直接用于压制覆铜板，通常称为黏结片；另一种直接作为商品出售，供应印制板厂，该片用于多层板的压合，通常称为半固化片；二者的英文名均为prepreg。它们的生产过程是一样的。半固化片半固化片半固化片生产车间半固化片生产车间PCB用基材的分类：1、按增强材料不同（最常用的分类方法）纸基板（FR-1,FR-2,FR-3)环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5)复合基板(CEM-1,CEM-3)HDI板材（RCC)特殊基材(金属类基材、陶瓷类基材、热塑性基材等)2、按树脂不同来分酚酫树脂板环氧树脂板聚脂树脂板BT树脂板PI树脂板3、按阻燃性能来分阻燃型（UL94-VO,UL94-V1)非阻燃型（UL94-HB级）非阻燃型阻燃型（V-0、V-1）刚性板纸基板XPC、XXXPCFR-1FR-1、FR-2FR-2、FR-3FR-3复合基板CEM-2、CEM-4CEM-1CEM-1、CEM-3CEM-3CEM-5CEM-5玻纤布基板G-10、G-11FR-4FR-4、FR-5FR-5PIPI板、板、PTFEPTFE板、板、BTBT板、板、PPEPPE（PPOPPO）板、）板、CECE板板等。等。涂树脂铜箔（涂树脂铜箔（RCCRCC）、金属基板、陶瓷基板等。、金属基板、陶瓷基板等。挠性板聚酯薄膜挠性覆铜板、聚酰亚胺薄膜挠性覆铜板环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5)(1)环氧玻纤布覆铜板强度高，耐热性好，介电性好，基板通孔可金属化，实现双面和多层印刷层与层间的电路导通，环氧玻纤布覆铜板是覆铜板所有品质中用途最广、用量最大的一类。广泛用于移动通讯，数字电视，卫星，雷达等产品中。在全世界各类覆铜板中，纸基覆铜板和环氧玻纤布覆铜板约占92%(2)在NEMA标准中，环氧玻纤布覆铜板有四种型号：G10(不组燃）、G11(保留热强度，不阻燃）、FR-4（阻燃）、FR-5(保留热强度，阻燃）。目前环氧玻纤布覆铜板中，FR-4板用量占90%以上，它已经发展成为可适用于不同用途环氧玻纤布覆铜板的总称；环氧玻纤布基板主要组成:E型玻纤布(Glass Fiber Paper)型号 7628、2116、1080、3313、1500、106等 环氧树脂（Resin）双官能团树脂、多官能团树脂；铜箔（Copper）电解铜箔（1/3OZ,1/2OZ,1 0Z,2 0Z,3 0Z,5 0Z)压延铜箔（主要应用在绕性覆铜板上）固化剂 DICY NOVOLAC 玻璃布玻璃布 常见的半固化片规格型号10802116L2116A2116H15007628L7628A7628H7628M厚度mil344.55677.59.38树脂 基板材料生产过程中，高分子树脂（Polymer Resin)是重要的原料之一，根据不同类型的基板要求，可以采用不同的树脂，常用的有：酚酫树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂，聚酯树脂以及一些特殊树脂如PI、PTFE、BT、PPE。铜箔 按照铜箔的不同制法可分为压延铜箔和电解铜箔两大类。（1）压延铜箔是将铜板经过多次重复辊轧而制成的原箔（也叫毛箔），根据要求进行粗化处理。由于压延加工工艺的限制，其宽度很难满足刚性覆铜板的要求，所以在刚性覆铜板上使用极少；由于压延铜箔耐折性和弹性系数大于电解铜箔，故适于柔性覆铜箔上；（2）电解铜箔是将铜先溶解制成溶液，再在专用的电解设备中将硫酸铜电解液在直流电的作用下，电沉积而制成铜箔，然后根据要求对原箔进行表面处理、耐热层处理和防氧化等一系列的表面处理。复合基板(composite epoxy material)(composite epoxy material)面料和芯料由不同的增强材料构成的刚性覆铜板，称为复合基覆铜板。这类板主要是CEM系列覆铜板。其中CEM-1(环氧纸基芯料)和CEM-3(环氧玻璃无纺布芯料)是CEM中两个重要的品种。具有优异的机械加工性，适合冲孔工艺；由于增强材料的限制，一般板材最薄厚度为0.6mm，最厚为2.0mm;填料的不同可以使得基材有不同功能：如适合LED用的白板、黑板；家电行业用的高CTI板等等；CEM-1CEM-1覆铜板的结构：由两种不同的基材组成，即面料是玻纤布，芯料是纸或玻璃纸，树脂均是环氧树脂。产品以单面覆铜板为主；CEM-1覆铜板的特点：产品的主要性能优于纸基覆铜板；具有优异的机械加工性；成本低于玻纤覆铜板；CEM-3CEM-3是性能水平、价格介于CEM-1和FR-4之间的复合型覆铜板层压板，这种板材用浸渍环氧树脂的玻纤布作板面，环氧树脂玻纤纸作芯料，单面或双面覆盖铜箔后热压而成。复合基板CEM增强材料料 玻璃纸或纤维纸 CEM-3 玻璃纸 CEM-1 纤维纸 玻璃布 7628为主要 填料 氢氧化铝、滑石粉等等玻纤纸铜箔玻璃布面料芯料玻璃布面料铜箔复合基板结构CCL厚度分布范围厚度分布范围积层电路板板材：覆铜箔树脂RCC 覆铜箔树脂RCC 定义：RCC是在极薄的电解铜箔（厚度一般不超过18um)的粗 化面上精密涂覆上一层或两层特殊的环氧树脂或其他高性能树脂（树脂厚度一般60-80um），经烘箱干燥脱去溶剂、树脂半固片达到B阶形成的。RCC在HDI多层板的制作过程中，取代传统的黏结片与铜箔的作用，作为绝缘介质的导电层，可以采用非机械钻孔技术（通常为激光成孔等新技术）形成微孔，达到电气连通，从而实现印制板的高密度化。积层电路板板材：覆铜箔树脂RCC 覆铜箔树脂RCC RCC的组成：RCC是在超薄铜箔的粗化面上涂覆一层能满足特定性能要求的高性能树脂组合物，然后经烘箱干燥半固化，在铜箔的粗化面上形成一层厚度均匀的树脂而构成，结构图如下：树脂层30-100um铜箔一般9、12、18um生益普通FR-4(S1141)性能指标基材常见的性能指标：Tg温度 玻璃化转变温度（Tg)目前FR-4板的Tg值一般在130-140度，而在印制板制程中，有几 个工序的问题会超过此范围，对制品的加工效果及最终状态会产生一定的影响。因此，提高Tg是提高FR-4耐热性的一个主要方法。其中一个重要手段就是提高固化体系的关联密度或在树脂配方中增加芳香基的含量。在一般FR-4树脂配方中，引入部分三官能团及多功能团的环氧树脂或是引入部分酚酫型环氧树脂，把Tg值提高到160-200度左右。基材常见的性能指标：介电常数DK介电常数 随着电子技术的迅速发展，信息处理和信息传播速度提高，为了扩大通讯通道，使用频率向高频领域转移，它要求基板材料具有较低的介电常数e和低介电损耗正切tg。只有降低e才能获得高的信号传播速度，也只有降低tg,才能减少信号传播损失。(关于介电常数e和介电损耗正切tg和传播速度、传播损失的关系详见特殊板材：PTFE一章)基材常见的性能指标：热膨胀系数 热膨胀系数（CTE）随着印制板精密化、多层化以及BGA,CSP等技术的发展，对覆铜板尺寸的稳定性提出了更高的要求。覆铜板的尺寸稳定性虽然和生产工艺有关，但主要还是取决于构成覆铜板的三种原材料：树脂、增强材料、铜箔。通常采取的方法是（1）对树脂进行改性，如改性环氧树脂（2）降低树脂的含量比例,但这样会降低基板的电绝缘性能和化学性能；铜箔对覆铜板的尺寸稳定性影响比较小。TMA曲线图基材常见的性能指标：UV阻挡性能 UV阻挡性能 今年来，在电路板制作过程中，随着光敏阻焊剂的推广使用，为了避免两面相互影响产生重影，要求所有基板必须具有屏蔽UV的功能。阻挡紫外光透过的方法很多，一般可以对玻纤布和环氧树脂中一种或两种进行改性，如使用具有UV-BLOCK和自动化光学检测功能的环氧树脂。几种高性能板材耐CAF板材无卤素板材ROHS标准和符合ROHS标准板材聚四氟乙烯(PTFE)PPE玻纤布覆铜板BT高性能板材：耐CAF板材耐CAF板材 随着电子工业的飞速发展，电子产品轻、薄、短、小化，PCB的孔间距和线间距就会变的越来越小，线路也越来越细密，这样一来PCB的耐离子迁移性能就变的越来越重视。离子迁移（Conductive Anodic Filament 简称CAF），最先是由贝尔实验室的研究人员于1955年发现的，它是指金属离子在电场的作用下在非金属介质中发生的电迁移化学反应，从而在电路的阳极、阴极间形成一个导电通道而导致电路短路。为什么会提出耐离子迁移性？随着电子产品的多功能化与轻薄小型化，使得线路板的线路与孔越来越细密，绝缘距离更加短小，这对绝缘基材的绝缘性能要求更高。特别是在潮湿环境下，由于基材的吸潮性，玻璃与树脂界面结合为最薄弱点，基材中可水解的游离离子缓慢聚集，这些离子在电场作用下在电极间移动而形成导电通道，如果电极间距离越小，形成通道时间越短，基材绝缘破坏越快。过去由于线路密度小，电子产品使用10万小时以上也没有问题，现在密度高也许1万小时就发生绝缘性能下降的现象。因此对基材提出了耐离子迁移的问题。离子迁移对电子产品的危害1）电子产品信号变差，性能下降，可靠性下降。2）电子产品使用寿命缩短。3）能耗提高。4）绝缘破坏，可能出现短路而发生火灾安全问题。高性能板材：耐CAF板材 耐CAF板材迁移的形式 离子迁移的形式有孔与孔（Hole To Hole）、孔与线（Hole To Line）、线与线（Line To Line）、层与层（Layer To Layer），其中最容易发生在孔与孔之间。如下图所示:离子迁移的四种情形a）孔间 b）导线与孔 c）层间 d）导线间Anode CathodeE-glass fibers10 m m dia.PWBCAF Anode CathodePWBCAFE-glass fibers10 m m dia.Anode CathodePWBCAFE-glass fibers10 mm dia.(a)(d)(b)(c)AnodeCathode Test Condition：85、85%RH，DC 50V Sample Construction：TH-TH 0.65 mm,Space 0.25 mm,L-L 0.10 mm Sample Type：FR-4 S1170普通FR-4 S1141耐CAF FR-4 S1141 KF板材的发展趋势：两大发展趋势 无卤化；无铅化；ROHS标准 ROHS标准定义 RoHS RoHS是电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令(the Restriction(the Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic electronic equipment)的英文缩写。此指令主要是对产品中的铅、汞、镉、六价铬、聚溴联苯(PBB)及聚溴联苯醚(PBDE)含量进行限制。不符合ROHS标准有害物质 RoHS一共列出六种有害物质，包括：铅Pb，镉Cd，汞Hg，六价铬Cr6，聚溴联苯PBB，聚溴联苯醚PBDE。ROHS标准实施时间 欧盟将在2006年7月1日实施RoHS，届时，不符合标准的电气电子产品将不允许进入欧盟市场。ROHS工艺实施 目前印制板采用的无铅化表面处理方法有涂覆可焊性有机保护层（OSP）、电镀镍/金，化学镀镍/金、电镀锡、化学镀锡、化学镀银、热风整平无铅焊锡等。这些表面处理方法有的在印制板产品得到大量应用，有的还在推广中。无铅焊锡热风整平工艺与设备也已进入试用之中。板材的发展趋势：无卤和无铅 被列入禁用的六种有害物质与印制板直接相关的是铅、聚溴联苯（PBB）和聚溴二苯醚（PBDE）。铅是用于印制板板面连接盘上可焊性锡铅涂覆层，有热风整平锡铅焊料或电镀锡铅形成；PBB与PBDE类溴化物是用作印制板基材覆铜箔层压板与半固化片的阻燃剂，被混合在树脂中。性能板材:无卤素板材无卤素板材，还有以下的其他称呼：环保型覆铜板 Environmental Protection CCL 无卤型覆铜板 Halogen-Free CCL 绿色覆铜板 Green CCL 无卤无锑型覆铜板 Halogen/Antimony Free CCL 环境调和型覆铜板 Environmentally Conscious CCL 环境友好型覆铜板 Environment-Friendly CCL高性能板材：无卤素板材无卤素板材定义：阻燃性达到UL94 V-0级。不含卤素（JPCA标准:Cl900ppm、Br900ppm)、锑、红磷等，板材燃烧时发烟量少、难闻气味少。在生产、加工、应用、火灾、废弃处理（回收、掩埋、燃烧）过程中，不会产生对人体和环境有害的物 质。一般性能与普通板材相同，达到IPC-4101标准。PCB加工性与普通板材基本相同。以后它还要求节能、能回收利用。高性能板材:无卤素板材无卤素板材开发背景（一）：电子工业的飞速发展，导致了电气电子产品废弃物（WEEE）骤增。据统计，欧盟每年产生的WEEE高达六百万吨（人均14kg），预计未来2-3年将增至约900万吨！报废的电器在处理、回收利用时，含有的铅、汞等重金属和卤素会对环境(水、土壤、空气等)造成污染。据有关资料显示，我国每年有数千吨印制线路板遗弃并混进一般生活垃圾。高性能板材:无卤素板材无卤素板材开发背景(二)：上世纪七、八十年代，德国和意大利阻燃剂有专家认为吸入Sb2O3粉尘会致肺癌。1982年，瑞士联邦研究所发现，含卤化合物不完全燃烧时（燃烧温度510630）会产生二噁英。1985年，德国绿色和平组织员在含溴化合物材料燃烧产物中检查出二噁英。同时，荷兰牧场主反映，燃烧含溴化合物废弃产品时，检测到烟尘中有二噁英化学结构物质。上世纪九十年代中期，日本厚生省指出，在焚烧炉废气中发现二噁英。高性能板材:无卤素板材如何制作无卤素PCB板 环保型PCB不仅要求采用环保型覆铜板，也要求所用化学原料和制作工艺的环保化，例，用次亚磷酸钠或硼氢化物作还原剂进行化学镀铜，而不用有害的甲醛；采用羟基磺酸来取代氟硼酸；用锡镀层取代铅锡合金镀层等；采用无氟无铅镀锡；采用银浆贯孔工艺；采用无铅焊接工艺（Pb-free）等等。板材的发展趋势：无铅化无铅化：(1)印制板上涂覆锡铅焊料早就存在，并且是目前应用最多、可焊性最有效的印制板连接盘保护层。印制板表面涂覆锡铅焊料的工艺方法有热风整平锡铅焊料或电镀锡铅合金，根据欧盟和有关国家法规在国家法规在2006年7月前将完全被取消。目前印制板采用的无铅化表面处理方法有涂覆可焊性有机保护层（OSP）、电镀镍/金，化学镀镍/金、电镀锡、化学镀锡、化学镀银、热风整平无铅焊锡等。这些表面处理方法有的在印制板产品得到大量应用，有的还在推广中。无铅焊锡热风整平工艺与设备也已进入试用之中。板材的发展趋势：无铅化无铅化：(2)代替锡铅焊料的无铅焊料，有锡银焊料、锡银铅焊料、锡锌焊料，锡铋焊料、锡银铋焊料等等。现在推广应用较多的是锡银铜焊料（95.5Sn/4Ag/0.5Cu），熔点在217。这种无铅焊料的熔点比锡铅焊料（63Sn/37Pb）熔点183，高出34，无疑在焊接时温度要提高，印制板的耐温性也要提高。无铅焊料的焊接温度比通常锡铅焊料的焊接温度要高出30-40，要求印制板基材玻璃化转化温度（Tg）高，耐热性好；也要求多层板层压与金属化孔可靠，不可出现受热分层或孔壁断裂。这是无铅化对印制板性能的新要求。生益科技产品介绍项目功能产品型号备注1符合ROHS所有型号产品见生益技术说明书2无卤S1155S2155S3155S1165见生益技术说明书3耐CAFS1141KF、S1170、S1000 S1130NK见生益技术说明书4高TGS1141 170、S1170、S1165、S1860见生益技术说明书5Lead-freeS1000、S1170、S1860、S1141KF、S1130NK 见生益技术说明书6高CTIS1600、S1601、S2600、S3116、S3155见生益技术说明书高性能板材：聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTFE铁氟龙):高频板印制板的主要基材 聚四氟乙烯分子是对称结构且具有优势的物理、化学和电器性能，在所有树脂中，PTFE的介电常数和介质损耗角正切最小。高性能板材：BT BT BT板全名覆铜箔聚酰亚胺玻璃纤维层亚板。BT板具有很高的Tg、优秀的介电性能、低热膨胀率、良好的机械特性等性能。使其在HDI板中得到了广泛的应用。经过不断的发展，现在已经有10多个品种：高性能覆铜板、芯片用载板、高频用覆铜板、涂树脂铜箔等。5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩棘才换来的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你会觉得解脱。但舌头总会不由自主地往那个空空的牙洞里舔，一天数次。不痛了不代表你能完全无视，留下的那个空缺永远都在，偶尔甚至会异常挂念。适应是需要时间的，但牙总是要拔，因为太痛，所以终归还是要放手，随它去。11、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。12、逆境给人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。13、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。14、给自己一份坚强，擦干眼泪；给自己一份自信，不卑不亢；给自己一份洒脱，悠然前行。轻轻品，静静藏。为了看阳光，我来到这世上；为了与阳光同行，我笑对忧伤。15、总不能流血就喊痛，怕黑就开灯，想念就联系，疲惫就放空，被孤立就讨好，脆弱就想家，不要被现在而蒙蔽双眼，终究是要长大，最漆黑的那段路终要自己走完。5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。9、照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途。10、没人能让我输，除非我不想赢！11、花开不是为了花落，而是为了开的更加灿烂。12、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。13、不管从什么时候开始，重要的是开始以后不要停止；不管在什么时候结束，重要的是结束以后不要后悔。14、当你决定坚持一件事情，全世界都会为你让路。15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。