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1、PCB 板各种 PCB 板材介绍PCB 板各种 PCB 板材介绍，分为：94HB，防火板94VO，FR-1，FR-2，半玻纤(22F，CEM-1 ，CEM-3)，全玻纤(FR-4)。FR-1 特 点 ：1.无卤板材，有利於环境保护2. 高耐漏电起痕指数600 伏左右，需提 出特别要求3. 适合之冲孔温度爲 40704. 弓曲率、扭曲率小且稳定FR-2 特 点： 耐漏电痕迹性优越(600V 左右)5. 本钱低而使用范围广6. 优异的耐湿、热性7. 适合之冲孔温度爲 40708. 弓曲率、扭曲率小且稳定9. 尺寸稳定性优越CEM-3 特 点：优异机械加工性，可冲孔加工性1. 电性能与 FR-4 相
2、当，加工工艺与 FR-4 一样，钻嘴磨损率比FR-4 小2. 多等级的耐漏电痕迹性CTI 175V、CTI300V、CTI 600V3. 符合 IPC-4101A 的标准要求FR-4 特 点：无卤素，溴及氯元素含量小於0.09% Halogen-free, Br/Cl content below 0.09%1. 不含锑及红磷，燃烧时不残留有毒成分 Antimony and red phosphor free, Absence of highly toxic dioxins in burning exhaust gas2. 板料与 KB-6160 相比更坚硬 Harder than KB-616
3、0以下是产品型号： 纸覆铜面板KB-3152 FR-1是针对环境保护而开发的环保型不含卤素、不含锑的纸基酚醛树脂铜积层板，可以避开因燃烧板材含有卤素和锑时所产生的有毒物质及气体。具有高漏电指数600 伏左右，并且适用于低温冲孔作业。万联芯城-电子元器件选购网 wlxmall 始终秉承着以良心做好良芯的效劳理念，为宽阔客户供给一站式的电子元器件配单效劳，客户行业涉及电子电工，智能工控，自动化，医疗安防等多个相关研发生产领域，所售电子元器件均为原厂渠道进货的原装现货库存。只需提交BOM 表，即可为您报价。万联芯城同时为长电，顺络，先科ST 等知名原厂的指定授权代理商，选购代理品牌电子元器件价格更有
4、优势，欢送宽阔客户询问，点击进入万联芯城。KB-3151S FR-1是针对使用高密度自动插件，晶片零件外表粘着技术等周密线路板之需求而开发的纸基酚醛树脂铜面积层板。具有优异的耐银迁移性和在潮湿环境下的电气性能。KB-3150/KB-3151是针对使用高密度自动插件，晶片零件外表粘着技术等周密线路板之需求而开发的纸基酚醛树脂铜面积层板。可具有高漏电指数600 伏左右，并且适用于低温冲孔作业。KB-3150 FR-1是针对开关面盒如：琴键式开关、推置式开关等周密元件而开发的纸基酚醛树脂缘积层板。具有优异的阻燃性能以及尺寸稳定性，并且适用于低温冲孔加工作业。KB-2151 FR-2是针对使用高密度自
5、动插件、晶片零件外表粘着技术等周密线路板之需求而开发的纸基酚醛树脂铜面积层板。KB-2150G/2150GC FR-2是针对环境保护而开发的环保型不含卤素、不含锑的纸基酚醛树脂铜面积层板，可以避开因燃烧板材含有卤素和锑时所产生的有毒物质及气体。不但保持FR-2 的良好性能，而且耐湿、热性优异。KB-150/1150/150D Unclad (ANSI:XPC)是针对机械传动用周密元件之需求而开发的纸基酚醛树脂缘积层板。具有良好的耐湿、热性，并且适用于低温冲孔加工作业。KB-1150/KB-1151 ANSI XPC是纸基酚醛树脂铜积层板，具有良好的耐湿、热性，并且适用于低温冲孔加工作业。以下是
6、产品型号： 玻璃纤维覆铜面板半固化片 FR-4建滔半固化片是在准确温度及重量把握下，将阻燃型环氧树脂浸渍的 E 级玻璃布固化到“B”阶段所得，使得在多层线路板的制造过程中具有稳定的流变特性。KB-7150 CEM-3是一种复合基覆铜箔板，可替代 FR-4 用于单/双面线路板，具有良好的加工性、金属化孔的牢靠性和耐湿、热性。KB-6167 FR-4是一种环氧玻璃布基覆铜板，它具有优良的耐热性和机械性能。可用做要求高密度及优良耐热性的印刷线路板。KB-6165 FR-4应用于电脑及周边设备、通讯设备、仪器仪表、办公自动设备等.KB-6164 FR-4是一种环氧玻璃布基覆铜板，具有 KB-6160
7、一样的性能及 UV 光阻挡功能， 适合于制作具有 UV 阻挡及 AOI 功能的印刷线路板。KB-6162 FR-4是一种不含卤素，锑，红磷等有毒成分的环保型玻璃纤维布/环氧树脂基覆铜板，用于电脑、电脑周边设备、手提 、摄像机、电视机、电子玩耍机等。KB-6160/6160C FR-4是具有紫外线阻挡功能的环氧玻璃布基覆铜板，其他性能与 KB-6150 相当， 适用于有双向同时感光固化阻焊油墨UV和光学自动检查AOI要求的线路板上。KB-6150/6160 FR-4用于移动 、计算机、检测设备、录像机、电视机、军用装备、导向系统等。KB-6150/6150C FR-4是一种环氧玻璃布基覆铜板，可
8、用作单面/双面线路板和多层线路的苡板。具有良好的阻燃性能及尺寸稳定性。KB-6050/606X适应于多层板的压制. KB-5152(GB:22F)应用于显示器、录影机、电源 PCB 板、工业仪表、数码刻录机等.KB-5150 CEM-1是一种复合基的覆铜箔板，兼顾了纸 PCB 板的良好加工性和玻璃布 PCB 板的机械和介电性能，适用于高频及要求冲孔加工的线路板上。5.按耐漏电痕迹性凹凸的分类PCB 板材料的漏电痕迹是指电子产品在使用过程中，在 PCB 板的线路外表间隔的位置上，由于长时间地受到尘粒的积存、水分的结露等影响而形成碳化导电电路的痕迹，这种漏电痕迹的消灭，会在施加了电压下，放出火花、
9、造成缘性能的破坏。因此，覆铜板的耐漏电痕迹性是一个很重要的安全特性工程。特别是应用于高湿、外露、高压等恶劣条件下的 PCB 板更有此方面的要求。耐漏电痕迹性，一般用相比起痕指数Commparative Tracking Index简称CTI来表示。IEC112 标准中的对 CTI 指标的定义是：在试验过程中，材料受到50 滴电解液一般为 0.1%的氯化铵水溶液而没有消灭漏电痕迹现象的大电压值一般以伏表示。IEC950 还依据在上述试验条件下，PCB 板所经受住的不同电压值，规定、划分出了PCB 板材料的三个 CTI 的等级。即级CTI=600V、级600VCTI=400V、级400VCTI=1
10、75V。一种PCB 板材料的%05 的等级越小，说明它的耐漏电痕迹性越高。PCB 板材质介绍印刷电路板是以铜箔 PCB 板( Copper-clad Laminate 简称 CCL )做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件,故从事电路板之上下游业者必需对 PCB 板有所了解:有那些种类的 PCB 板,它们是如何制造出来的,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的PCB 板.表 3.1 简洁列出不同PCB 板的适用场合. PCB 板工业是一种材料的根底工业, 是由介电层(树脂 Resin ,玻璃纤维Glass fiber ),及高纯度的导体 (铜箔 Copper foil )二
11、者所构成的复合材料( Composite material),其所牵涉的理论及实务不输于电路板本身的制作. 以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨.3.1 介电层3.1.1 树脂 Resin3.1.1.1 前言目前已使用于线路板之树脂类别很多,如酚醛树脂( Phonetic )、环氧树脂( Epoxy )、聚亚醯胺树脂( Polyamide )、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene, 简称 PTFE 或称 TEFLON),B 一三氮树脂(Bismaleimide Triazine 简称 BT )等皆为热固型的树脂(Thermosetted Plastic Resin).3
12、.1.1.2 酚醛树脂 Phenolic Resin是人类早开发成功而又商业化的聚合物.是由液态的酚(phenol)及液态的甲醛( formaldehyde 俗称 formalin )两种廉价的化学品, 在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥( Crosslinkage )的连续反响而硬化成为固态的合成材料.其反响化学式见图 3.1 1910 年有一家叫 Bakelite 公司参与帆布纤维而做成一种坚硬强固,缘性又好的材料称为 Bakelite,俗名为电木板或尿素板. 美国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 将不同
13、的组合冠以不同的编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字列表,如表NEMA 对于酚醛树脂板的分类及代码表中纸质 PCB 板代字的个 “X“ 是表示机械性用途,其次个 “X“ 是表示可用电性用途. 第三个 “X“ 是表示可用有无线电涉及高湿度的场所. “P“ 表示需要加热才能冲板子( Punchable ),否则材料会裂开, “C“ 表示可以冷冲加工( cold punchable ),“FR“ 表示树脂中加有不易着火的物质使 PCB 板有难燃 (Flame Retardent) 或抗燃(Flame resistance) 性.纸质板中畅销的是 XXXPC 及 FR-2前者在温度 25
14、 左右,厚度在.062in 以下就可以冲制成型很便利,后者的组合与前完全一样,只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性.以下介绍几个较常使用纸质 PCB 板及其特别用途:A 常使用纸质 PCB 板a. XPC Grade:通常应用在低电压、低电流不会引起火源的消费性电子产品, 如玩具、手提收音机、 机、计算器、遥控器及钟表等等.UL94 对 XPC Grade 要求只须到达 HB 难燃等级即可.b. FR-1 Grade:电气性、难燃性优于 XPC Grade,广泛使用于电流及电压比 XPC Grade 稍高的电器用品,如彩色电视机、监视器、VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等.UL94 要求
15、FR-1 难燃性有 V-0、V-1 与 V-2 不同等级,不过由于三种等级板材价位差异不大,而且考虑安全起见,目前电器界几乎全承受 V-0 级板材.c. FR-2 Grade:在与 FR-1 比较下,除电气性能要求稍高外,其它物性并没有特别之处,近年来在纸质 PCB 板业者努力争论改进 FR-1 技术,FR-1 与 FR-2 的性质界限已渐模糊,FR-2 等级板材在不久将来可能会在偏高价格因素下被 FR-1 所取代.B. 其它特别用途:a. 铜镀通孔用纸质 PCB 板主要目的是打算取代部份物性要求并不高的FR-4 板材,以便降低PCB 板的成 本.b. 银贯孔用纸质 PCB 板时下流行取代部份
16、物性要求并不很高的FR-4 作通孔板材,就是银贯孔用纸质PCB 板印刷电路板两面线路的导通,可直接借由印刷方式将银胶(Silver Paste) 涂布于孔壁上,经由高温硬化,即成为导通体,不像一般 FR-4 板材的铜镀通 孔,需经由活化、化学铜、电镀铜、锡铅等繁杂手续.b-1 PCB 板材质1) 尺寸安定性:除要留意 X、Y 轴(纤维方向与横方向)外,更要留意 Z 轴(板材厚度方向),因热胀冷缩及加热减量因素简洁造成银胶导体的断裂.2) 电气与吸水性: 很多缘体在吸湿状态下,降低了缘性,以致供给金属在电位差趋动力下 发生移行的现象,FR-4 在尺寸安性、电气性与吸水性方面都比 FR-1 及XP
17、C 佳,所以生产银贯孔印刷电路板时,要选用特制 FR-1 及 XPC 的纸质 PCB 板 . 板材.b.-2 导体材质 1) 导体材质 银及碳墨贯孔印刷电路的导电方式是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内, 藉由微粒的接触来导电,而铜镀通孔印刷电路板,则是借由铜本身是连贯的 结晶体而产生格外顺畅的导电性.2) 延展性:铜镀通孔上的铜是一种连续性的结晶体,有格外良好的延展性,不会像银、 碳墨胶在热胀冷缩时,简洁发生界面的分别而降低导电度. 3) 移行性: 银、铜都是金属材质,简洁发性氧化、复原作用造成锈化及移行现象,因电位差的不同,银比铜在电位差趋动力下简洁发生银迁移(Silver Migration
18、).c. 碳墨贯孔(Carbon Through Hole)用纸质 PCB 板.碳墨胶油墨中的石墨不具有像银的移行特性,石墨所担当的角色仅仅是作简洁的讯号传递者,所以 PCB 板业界对积层板除了碳墨胶与基材的密着性、翘 曲度外, 并没有特别要求.石墨因有良好的耐磨性,所以Carbon Paste 早期 是被应用来取代Key Pad 及金手指上的镀金,而后延长到扮演跳线功能.碳墨贯孔印刷电路板的负载电流通常设计的很低,所以业界大都承受 XPC 等级,至于厚度方面,在考虑轻、薄、短、小与印刷贯孔性因素下,常通选用 0.8、1.0 或 1.2mm 厚板材.d. 室温冲孔用纸质 PCB 板 其特征是纸
19、质 PCB 板外表温度约 40以下,即可作Pitch 为 1.78mm 的 IC 密 集孔的冲模,孔间不会发生裂痕,并且以减低冲模时纸质PCB 板冷却所造成线 路精准度的偏差,该类纸质PCB 板格外适用于细线路及大面积的印刷电路板.e. 抗漏电压(Anti-Track)用纸质 PCB 板 人类的生活越趋精巧,对物品的要求且也就越讲就短小轻薄,当印刷电路板的线路设计越密集,线距也就越小,且在高功能性的要求下,电流负载变大 了,那么线路间就简洁因发生电弧破坏基材的缘性而造成漏电,纸质 PCB 板业界为解决该类问题,有供给承受特别背胶的铜箔所制成的抗漏电压 用纸质 PCB 板2.1.2 环氧树脂 E
20、poxy Resin 是目前印刷线路板业用途广的底材.在液态时称为清漆或称凡立水(Varnish) 或称为 A-stage, 玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现黏着性而用于双面 PCB 板制作或多层板之压合用称B-stage prepreg ,经此压合再硬化而无法回复之终状态称为 C-stage.2.1.2.1 传统环氧树脂的组成及其性质用于 PCB 板之环氧树脂之单体一向都是 Bisphenol A 及 Epichlorohydrin 用dicy 做为架桥剂所形成的聚合物.为了通过燃性试验(Flammability test), 将上述仍在液态的树脂再与 Tetrabromo-B
21、isphenol A 反响而成为熟知 FR-4 传统环氧树脂.现将产品之主要成份列于后: 单体 -Bisphenol A, Epichlorohydrin 架桥剂(即硬化剂) -双氰 Dicyandiamide 简称 Dicy速化剂 (Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine ( BDMA ) 及 2- Methylimidazole ( 2-MI )溶剂 -Ethylene glycol monomethy ether( EGMME ) Dimethy formamide (DMF)及稀释剂 Acetone ,MEK.填充剂(Additive) -碳酸钙、硅化物、
22、及氢氧化铝 或 化物等增加难燃效果. 填充剂可调整其 Tg.A. 单体及低分子量之树脂典型的传统树脂一般称为双功能的环气树脂 ( Difunctional Epoxy Resin),见图 3.2. 为了到达使用安全的目的,特于树脂的分子构造中参与溴原子,使产生部份碳溴之结合而呈现难燃的效果.也就是说当消灭燃烧的条件或环境时,它要不简洁被点燃,万一已点燃在燃烧环境消逝后,能自己熄灭而不再连续延烧.见图3.3.此种难燃材炓在 NEMA 标准中称为 FR-4.(不含溴的树脂在 NEMA 标准中称为 G-10) 此种含溴环氧树脂的优点很多如介电常数很低,与铜箔的附着力很强, 与玻璃纤维结合后之挠性强度
23、很不错等.B. 架桥剂(硬化剂)环氧树脂的架桥剂一向都是 Dicey,它是一种隐性的 (latent) 催化剂 , 在高温 160之下才发挥其架桥作用,常温中很安定,故多层板 B-stage 的胶片才不致无法储存. 但 Dicey 的缺点却也不少,是吸水性 (Hygroscopicity),其次个缺点是难溶性.溶不掉自然难以在液态树脂中发挥作用.早期的 PCB 板商并不了解下游电路板装配工业问题,那时的 dicey 磨的不是很细,其溶不掉的部份混在底材中,经长时间聚拢的吸水后会发生针状的再结晶, 造成很多爆板的问题.固然现在的 PCB 板制造商都很清处它的严峻性,因此已改善此点.C. 速化剂用
24、以加速 epoxy 与 dicey 之间的架桥反响, 常用的有两种即 BDMA 及 2-MI.D. Tg 玻璃态转化温度高分子聚合物因温度之渐渐上升导致其物理性质渐起变化,由常温时之无定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞度格外高,松软如橡皮一般的另一种状态.传统 FR4 之 Tg 约在 115-120之间,已被使用多年,但 近年来由于电子产品各种性能要求愈来愈高,所以对材料的特性也要求日益严苛, 如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性 ,尺寸安定性等都要求改进,以适应更广泛的用途, 而这些性质都与树脂的 Tg 有关, Tg 提高之后上述各种性质也都自然变好.例如 Tg 提高后
25、, a.其耐热性增加, 使 PCB 板在 X 及 Y 方向的膨胀削减,使得板子在受热后铜线路与基材之间附着力不致减弱太多,使线路有较好的 附着力. b.在 Z 方向的膨胀减小后,使得通孔之孔壁受热后不易被底材所拉断.c. Tg 增高后,其树脂中架桥之密度必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶剂性,使板子受热后不易发生白点或织纹显露,而有更好的强度及介电性.至于尺寸的安定性,由于自动插装或外表装配之严格要求就更为重要了.因而近年来如何提高环氧树脂之 Tg 是 PCB 板材所追求的要务.E. FR4 难燃性环氧树脂传统的环氧树脂遇到高温着火后假设无外在因素予以扑灭时,会不停的始终燃烧下去直到分子中的
26、碳氢氧或氮燃烧完毕为止.假设在其分子中以溴取代了氢的位置, 使可燃的碳氢键化合物一部份改换成不行燃的碳溴键化合物则可大大的降低其可燃性.此种加溴之树脂难燃性自然增加很多,但却降低了树脂与铜皮以及玻璃间的黏着力,而且万一着火后更会放出剧毒的溴气,会带来的不良后果.3.1.2.2 高性能环氧树脂(Multifunctional Epoxy)传统的 FR4 对今日高性能的线路板而言已经力不从心了, 故有各种不同的树脂与原有的环氧树脂混合以提升其 PCB 板之各种性质,A. Novolac早被引进的是酚醛树脂中的一种叫 Novolac 者 ,由 Novolac 与环氧氯丙烷所形成的酯类称为 Epoxy
27、 Novolacs,见图 3.4 之反响式. 将此种聚合物混入 FR4 之树脂, 可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性, Tg 也随之提高,缺点是酚醛树脂本身的硬度及脆性都很高而易钻头,加之抗化性力气增加,对于因钻孔而造成的胶渣 (Smear) 不易除去而造成多层板 PTH 制程之困扰.B. Tetrafunctional Epoxy另一种常被添加于 FR4 中的是所谓 “ 四功能的环氧树脂 “ (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其与传统 “ 双功能 “ 环氧树脂不同之处是具立体空间架桥 , 见图 3.5,Tg 较高能抗较差的热环境,且抗溶剂性、抗化性、抗湿性及尺
28、寸安定性也好很多,而且不会发生像 Novolac 那样的缺点.早是美国一家叫 Polyclad 的PCB 板厂所引进的.四功能比起 Novolac 来还有一种优点就是有更好的均匀混合.为保持多层板除胶渣的便利起见,此种四功能的 PCB 板在钻孔后好在烤箱中以 160 烤 2-4 小时, 使孔壁露出的树脂产生氧化作用,氧化后的树脂较简洁被蚀除,而且也增加树脂进一步的架桥聚合,对后来的制程也有帮助.由于脆性的关系, 钻孔要特别留意.上述两种添加树脂都无法溴化,故参与一般 FR4 中会降低其难燃性. 3.1.2.3 聚亚醯胺树脂 Polyimide(PI)A. 成份 主要由 Bismaleimide
29、 及 Methylene Dianiline 反响而成的聚合物,见图 3.6. B. 优点 电路板对温度的适应会愈来愈重要,某些特别高温用途的板子, 已非环氧树脂所能胜任,传统式 FR4 的 Tg 约 120 左右,即使高功能的 FR4 也只到达 180-190 ,比起聚亚醯胺的 260 还有一大段距离.PI 在高温下所表现的良好性质,如良好的挠性、铜箔抗撕强度、抗化性、介电性、尺寸安定性皆远优于 FR4.钻孔时不简洁产生胶渣,对内层与孔壁之接通性自然比 FR4 好. 而且由于耐热性良好,其尺寸之变化甚少,以 X 及 Y 方向之变化而言,对细线路更为有利,不致因膨胀太大而降低了与铜皮之间的附着
30、力.就 Z 方向而言可大大的削减孔壁铜层断裂的时机.C. 缺点:a.不易进展溴化反响,不易到达 UL94 V-0 的难燃要求. b.此种树脂本身层与层之间,或与铜箔之间的黏着力较差,不如环氧树脂那么强,而且挠性也较差.c.常温时却表现不佳,有吸湿性 (Hygroscopic), 而黏着性、延性又都很差. d. 其凡立水(Varnish,又称生胶水,液态树脂称之)中所使用的溶剂之沸点较高,不易赶完,简洁产生高温下分层的现象.而且流淌性不好,压合不易填满死角 . e. 目前价格照旧格外昂贵约为 FR4 的 2-3 倍,故只有军用板或 Rigid- Flex 板才用的起. 在美军标准MIL-P-13
31、949H 中, 聚亚醯胺树脂PCB 板代号为GI. 3.1.2.4 聚四氟乙烯 (PTFE)全名为 Polyterafluoroethylene ,分子式见图 3.7. 以之抽丝作 PTFE 纤维的商品名为 Teflon 铁弗龙 ,其大的特点是阻抗很高 (Impedance) 对高频微波(microwave) 通信用途上是无法取代的,美军标准赋与 “GT“、“GX“、及 “GY“ 三种材料代字,皆为玻纤补强 type,其商用 PCB 板是由 3M 公司所制,目前这种材料尚无法大量投入生产,其缘由有: A. PTFE 树脂与玻璃纤维间的附着力问题;此树脂很难渗入玻璃束中,因其抗化性特强,很多湿式
32、制程中都无法使其反响及活化, 在做镀通孔时所得之铜孔壁无法固着在底材上,很难通过 MILP-55110E 中4.8.4.4 之固着强度试验. 由于玻璃束未能被树脂填满,很简洁在做镀通孔时造成玻璃中渗铜 (Wicking) 的消灭,影响板子的可信任度. B. 此四氟乙烯材料分子构造,格外强劲无法用一般机械或化学法加以攻击, 做蚀回时只有用电浆法.C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常温时呈可挠性, 也使线路的附着力及尺寸安定性不好. 表为四种不同树脂制造的 PCB 板性质的比较. 3.1.2.5 BT/EPOXY 树脂BT 树脂也是一种热固型树脂,是日本三菱瓦斯化成公司(Mitsubish
33、i Gas Chemical Co.)在 1980 年研制成功.是由 Bismaleimide 及 Trigzine Resin monomer 二者反响聚合而成.其反响式见图 3.8.BT 树脂通常和环氧树脂混合而制成 PCB 板. A. 优点a. Tg 点高达 180,耐热性格外好,BT 作成之板材,铜箔的抗撕强度(peelStrength),挠性强度亦格外抱负钻孔后的胶渣(Smear)甚少 b. 可进展难燃处理, 以到达 UL94V-0 的要求 c. 介质常数及散逸因子小,因此对于高频及高速传输的电路板格外有利. d. 耐化性,抗溶剂性良好 e. 缘性佳 B. 应用 a. COB 设计的
34、电路板 由于 wire bonding 过程的高温,会使板子外表变软而致打线失败.BT/EPOXY 高性能板材可抑制此点. b. BGA ,PGA, MCM-Ls 等半导体封装载板 半导体封装测试中,有两个很重要的常见问题,一是漏电现象,或称 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花现象(受湿气及高温冲 击).这两点也是 BT/EPOXY 板材可以避开的. 3.1.2.6 Cyanate Ester Resin 1970 年开头应用于PCB 板基材,目前Chiba Geigy 有制作此类树脂.其反响式如图 3.9. A. 优点 a. Tg 可达 250,使用于
35、格外厚之多层板 b. 极低的介电常数(2.53.1)可应用于高速产品.B. 问题 a. 硬化后脆度高. b. 对湿度敏感,甚至可能和水起反响. 3.1.2 玻璃纤维 3.1.2.1 前言 玻璃纤维(Fiberglass)在 PCB 板 PCB 板中的功用,是作为补强材料.PCB 板的补强材料尚有其它种,如纸质 PCB 板的纸材, Kelvar(Polyamide 聚醯胺)纤维,以及石英(Quartz)纤维.本节仅争论大宗的玻璃纤维. 玻璃(Glass) 本身是一种混合物,其组成见表它是一些无机物经高温融熔合而成,再经抽丝冷 却而成一种非结晶构造的坚硬物体.此物质的使用,已有数千年的历史.做成纤
36、维状使用则可追溯至 17 世纪.真正大量做商用产品,则是由 Owen-Illinois 及Corning Glass Works 两家公司其共同的争论努力后,组合成 Owens-Corning Fiberglas Corporation 于 1939 年正式生产制造. 3.1.2.2 玻璃纤维布 玻璃纤维的制成可分两种,一种是连续式(Continuous)的纤维另一种则是不连续式(discontinuous)的纤维前者即用于织成玻璃布 (Fabric),后者则做成片状之玻璃席(Mat).FR4 等基材,即是使用前者,CEM3 基材,则承受后者玻璃席. A. 玻璃纤维的特性 原始融熔态玻璃的组成
37、成份不同,会影响玻璃纤维的特性,不同组成所呈现的差异,表中有具体的区分,而且各有独特及不同应用之处.按组成的不同(见表),玻璃的等级可分四种商品:A 级为高碱性,C 级为抗化性,E 级为电子用 途,S 级为高强度.电路板中所用的就是 E 级玻璃,主要是其介电性质优于其它三种.-玻璃纤维一些共同的特性如下所述:a.高强度:和其它纺织用纤维比较,玻璃有极高强度.在某些应用上,其强度/重量比甚至超过铁丝. b.抗热与火:玻璃纤维为无机物,因此不会燃烧 c.抗化性:可耐大部份的化学品,也不为霉菌,细菌的渗入及昆虫的功击. d.防潮:玻璃并不吸水,即使在很潮湿的环境,照旧保持它的机械强度. e.热性质:
38、玻纤有很低的熬线性膨胀系数,及高的热导系数,因此在高温环境下有极佳的表现. f.电性:由于玻璃纤维的不导电性,是一个很好的缘物质的选择. PCB 板基材所选择使用的 E 级玻璃,主要的是其格外优秀的抗水性.因此在格外潮湿,恶劣的环境下,照旧保有格外好的电性及物性一如尺寸稳定度. -玻纤布的制作: 玻璃纤维布的制作,是一系列专业且投资全额浩大的制程本章略而不谈 3.2 铜箔(copper foil) 早期线路的设计粗粗宽宽的,厚度要求亦不挑剔,但演化至今日线宽 3,4mil,甚至更细(现国内已有工厂开发 1 mil 线宽),电阻要求严苛.抗撕强度,外表 Profile 等也都详加规定.所以对铜箔
39、进展的现况及驱势就必需进一步了解. 3.2.1 传统铜箔 3.2.1.1 辗轧法 (Rolled-or Wrought Method) 是将铜块经屡次辗轧制作而成,其所辗出之宽度受到技术限制很难到达标准尺寸 PCB 板的要求 (3 呎*4 呎) ,而且很简洁在辗制过程中造成报废,因外表粗糙度不够,所以与树脂之结合力气比较不好,而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化(Heat treatment or Annealing),故其本钱较高. A. 优点. a. 延展性 Ductility 高, 对FPC 使用于动态环境下,信任度极佳. b. 低的外表棱线Low-profile Surface
40、, 对于一些 Microwave 电子应用是一利基. B. 缺点. a. 和基材的附着力不好. b. 本钱较高. c. 因技术问题,宽度受限. 3.2.1.2 电镀法 (Electrodeposited Method) 常使用于PCB 板上的铜箔就是ED 铜.利用各种废弃之电线电缆熔解成硫酸铜镀液,在殊特深入地下的大型镀槽中,阴阳极距格外短,以格外高的速度冲动镀液,以 600 ASF 之高电流密度,将柱状 (Columnar) 结晶的铜层镀在外表格外光滑又经钝化的 (passivated) 不锈钢大桶状之转胴轮上(Drum),因钝化处理过的不锈钢胴轮上对铜层之附着力并不好,故镀面可自转轮上撕下
41、,如此所镀得的连续铜层,可由转轮速度,电流密度而得不同厚度之铜箔,贴在转胴之光滑铜箔外表称为光面(Drum side ), 另一面对镀液之粗糙结晶外表称为毛面 (Matteside) .此种铜箔: A. 优点 a. 价格廉价. b. 可有各种尺寸与厚度. B. 缺点. a.延展性差, b. 应力极高无法挠曲又很简洁折断. 3.2.1.3 厚度单位一般生产铜箔业者为计算本钱, 便利订价,多以每平方呎之重量做为厚度之计算单位, 如 1.0 Ounce (oz)的定义是一平方呎面积单面掩盖铜箔重量 1 oz (28.35g) 的铜层厚度.经单位换算 35 微米 (micron)或 1.35 mil.
42、 一般厚度 1 oz 及 1/2 oz 而超薄铜箔可达 1/4 oz,或更低. 3.2.2 式铜箔介绍及研发方向 3.2.2.1 超薄铜箔一般所说的薄铜箔是指 0.5 oz (17.5 micron ) 以下,表三种厚度则称超薄铜箔3/8 oz 以下因本身太薄很不简洁操作故需要另加载体 (Carrier) 才能做各种操作(称复合式 copper foil),否则很简洁造成损伤.所用之载体有两类,一类是以传统 ED 铜箔为载体,厚约 2.1 mil.另一类载体是铝箔,厚度约 3 mil.两者使用之前须将载体撕离. 超薄铜箔不易抑制的问题就是 “ 针孔 “ 或 “ 疏孔“(Porosity),因厚
43、度太薄,电镀时无法将疏孔完全填满.补救之道是降低电流密度,让结晶变细. 细线路,尤其是 5 mil 以下更需要超薄铜箔,以削减蚀刻时的过蚀与侧蚀. 3.2.2.2 辗轧铜箔 对薄铜箔超细线路而言,导体与缘基材之间的接触面格外狭小,如何能耐得住二者之间热膨胀系数的巨大差异而仍维持足够的附着力,完全依靠铜箔毛面上的粗化处理是不够的,而且高速镀铜箔的结晶构造粗糙在高温焊接时简洁造成 XY 的断裂也是一项难以解决的问题.辗轧铜箔除了细晶之外还有另一项特长那就是应力很低 (Stress).ED 铜箔应力高,但后来线路板业者所镀上的一次铜或二次铜的应力就没有那么高.于是造成二者在温度变化时使细线简洁断制.
44、因此辗轧铜箔是一解决之途.假设是本钱的考量,Grade2,E-Type 的 high-ductility 或是 Grade 2,E-Type HTE 铜箔也是一种选择. 国际制造铜箔大厂多致力于开发 ED 细晶产品以解决此问题. 3.2.2.3 铜箔的外表处理 A 传统处理法 ED 铜箔从Drum 撕下后,会连续下面的处理步骤: a. Bonding Stage-在粗面(Matte Side)上再以高电流极短时间内快速镀上铜, 其长相如瘤, 称“瘤化处理“Nodulization“目的在增加外表积,其厚度约 20234000A b.Thermal barrier treatments-瘤化完成
45、后再于其上镀一层黄铜(Brass,是 Gould公司专利,称为 JTC 处理),或锌(Zinc 是 Yates 公司专利,称为 TW 处理).也是镀镍处理其作用是做为耐热层.树脂中的 Dicy 于高温时会攻击铜面而 生成胺类与水份,一旦生水份时,会导致附着力降底.此层的作用即是防止上述反响发生,其 厚度约 5001000A c. Stabilization-耐热处理后,再进展后的“铬化处理“(Chromation),光面与粗面同时进展做为防污防锈的作用,也称“钝化处理“(passivation)或“抗氧化 处理“(antioxidant) B 式处理法 a. 两面处理(Double treat
46、ment)指光面及粗面皆做粗化处理,严格来说,此法的应用己有 20 年的历史,但今日为降低多层板的 COST 而使用者渐多 在光面也进展上述的传统处理方式,如此应用于内层 PCB 板上,可以省掉压膜前的铜面理处理以及黑/棕化步骤. 美国一家 Polyclad 铜箔 PCB 板公司,进展出来的一种处理方式,称为DST 铜箔,其处理方式有异曲同工之妙.该法是在光面做粗化处理,该面就压 在 胶片上,所做成 PCB 板的铜面为粗面,因此对后制亦有帮助. b. 硅化处理(Low profile) 传统铜箔粗面处理其 Tooth Profile (棱线) 粗糙度 (波峰波谷),不 利于细 线路的制造( 影
47、响 just etch 时间,造成 over-etch),因此必需设法降低棱线的高度.上述Polyclad 的DST 铜箔,以光面做做处理,改善了这个问题, 另外, 一种叫“有机硅处理“(Organic Silane Treatment),参与传统处理 方式之后,亦可有此效果.它同时产生一种化学键,对于附着力有帮助. 3.3.3 铜箔的分类按 IPC-CF-150 将铜箔分为两个类型,TYPE E 表电镀铜箔,TYPE W 表辗轧铜箔, 再将之分成八个等级, class 1 到 class 4 是电镀铜箔,class 5 到 class 8 是辗轧铜箔.现将其型级及代号分列于表3.4 PP(胶
48、片 Prepreg)的制作 “Prepreg“是“preimpregnated“的缩写,意指玻璃纤维或其它纤维浸含树脂,并经部份聚合而称之.其树脂此时是 B-stage. Prepreg 又有人称之为“Bonding sheet“ 3.4.1 胶片制作流程3.4.2 制程品管 制造过程中,须定距离做 Gel time, Resin flow, Resin Content 的测试,也须做Volatile 成份及Dicy 成份之分析,以确保品质之稳定. 3.4.3 储放条件与寿命 大部份EPOXY 系统之储放温度要求在 5以下,其寿命约在 36 个月,储放超出此时间后须取出再做 3.3.2 的各种分析以判定是否可再使用.而各厂牌 prepreg 可参照其供给之 Data sheet 做为作业