PCB板材質(zhì)介紹

1、PCB板材質(zhì)介紹印刷電路板是以銅箔基板( Copper-clad Laminate 簡(jiǎn)稱CCL )做為原料而制造的電器或電子的重要機(jī)構(gòu)組件,故從事電路板之上下游業(yè)者必須對(duì)基板有所了解:有那些種類的基板,它們是如何制造出來的,使用于何種產(chǎn)品, 它們各有那些優(yōu)劣點(diǎn),如此才能選擇適當(dāng)?shù)幕?表3.1簡(jiǎn)單列出不同基板的適用場(chǎng)合. 基板工業(yè)是一種材料的基礎(chǔ)工業(yè), 是由介電層(樹脂 Resin ,玻璃纖維 Glass fiber ),及高純度的導(dǎo)體 (銅箔 Copper foil )二者所構(gòu)成的復(fù)合材料( Composite material),其所牽涉的理論及實(shí)務(wù)不輸于電路板本身的制作. 以下即針對(duì)這二

2、個(gè)主要組成做深入淺出的探討.3.1介電層 3.1.1樹脂 Resin 3.1.1.1前言 目前已使用于線路板之樹脂類別很多,如酚醛樹脂( Phonetic )、環(huán)氧樹脂( Epoxy )、聚亞醯胺樹脂( Polyamide )、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene,簡(jiǎn)稱PTFE或稱TEFLON),B一三氮樹脂(Bismaleimide Triazine 簡(jiǎn)稱 BT )等皆為熱固型的樹脂(Thermosetted Plastic Resin).3.1.1.2 酚醛樹脂 Phenolic Resin是人類最早開發(fā)成功而又商業(yè)化的聚合物.是由液態(tài)的酚(phenol)及液態(tài)的甲醛(

3、 formaldehyde 俗稱formalin )兩種便宜的化學(xué)品, 在酸性或堿性的催化條件下發(fā)生立體架橋( Crosslinkage )的連續(xù)反應(yīng)而硬化成為固態(tài)的合成材料.其反應(yīng)化學(xué)式見圖3.1 1910 年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布纖維而做成一種堅(jiān)硬強(qiáng)固,絕緣性又好的材料稱為 Bakelite,俗名為電木板或尿素板. 美國(guó)電子制造業(yè)協(xié)會(huì)(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 將不同的組合冠以不同的編號(hào)代字而為業(yè)者所廣用, 現(xiàn)將酚醛樹脂之各產(chǎn)品代字列表,如表 NEMA 對(duì)于酚醛樹脂板的分類及代碼 表中紙質(zhì)基板代字

4、的第一個(gè) "X" 是表示機(jī)械性用途,第二個(gè) "X" 是表示可用電性用途. 第三個(gè) "X" 是表示可用有無線電波及高濕度的場(chǎng)所. "P" 表示需要加熱才能沖板子( Punchable ),否則材料會(huì)破裂, "C" 表示可以冷沖加工( cold punchable ),"FR" 表示樹脂中加有不易著火的物質(zhì)使基板有難燃 (Flame Retardent) 或抗燃(Flame resistance) 性. 紙質(zhì)板中最暢銷的是XXXPC及FR-2前者在溫度25 以上,厚度在.062i

5、n以下就可以沖制成型很方便,后者的組合與前完全相同,只是在樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性.以下介紹幾個(gè)較常使用紙質(zhì)基板及其特殊用途:A 常使用紙質(zhì)基板 a. XPC Grade:通常應(yīng)用在低電壓、低電流不會(huì)引起火源的消費(fèi)性電子產(chǎn)品, 如玩具、手提收音機(jī)、電話機(jī)、計(jì)算器、遙控器及鐘表等等.UL94對(duì)XPC Grade 要求只須達(dá)到HB難燃等級(jí)即可. b. FR-1 Grade:電氣性、難燃性優(yōu)于XPC Grade,廣泛使用于電流及電壓比XPC Grade稍高的電器用品,如彩色電視機(jī)、監(jiān)視器、VTR、家庭音響、洗衣機(jī)及吸塵器等等.UL94要求FR-1難燃性有V-0、V-1與V-2不同等級(jí),不過由

6、于三種等級(jí)板材價(jià)位差異不大,而且考慮安全起見,目前電器界幾乎全采用V-0級(jí)板材. c. FR-2 Grade:在與FR-1比較下,除電氣性能要求稍高外,其它物性并沒有特別之處,近年來在紙質(zhì)基板業(yè)者努力研究改進(jìn)FR-1技術(shù),FR-1與FR-2的性質(zhì)界線已漸模糊,FR-2等級(jí)板材在不久將來可能會(huì)在偏高價(jià)格因素下被FR-1 所取代.B. 其它特殊用途: a. 銅鍍通孔用紙質(zhì)基板 主要目的是計(jì)劃取代部份物性要求并不高的FR-4板材,以便降低PCB的成 本. b. 銀貫孔用紙質(zhì)基板 時(shí)下最流行取代部份物性要求并不很高的FR-4作通孔板材,就是銀貫孔用紙質(zhì)基板印刷電路板兩面線路的導(dǎo)通,可直接借由印刷方式將

7、銀膠(Silver Paste) 涂布于孔壁上,經(jīng)由高溫硬化,即成為導(dǎo)通體,不像一般FR-4板材的銅鍍通 孔,需經(jīng)由活化、化學(xué)銅、電鍍銅、錫鉛等繁雜手續(xù). b-1 基板材質(zhì) 1) 尺寸安定性: 除要留意X、Y軸(纖維方向與橫方向)外,更要注意Z軸(板材厚度方向),因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導(dǎo)體的斷裂. 2) 電氣與吸水性: 許多絕緣體在吸濕狀態(tài)下,降低了絕緣性,以致提供金屬在電位差趨動(dòng)力下 發(fā)生移行的現(xiàn)象,FR-4在尺寸安性、電氣性與吸水性方面都比FR-1及XPC 佳,所以生產(chǎn)銀貫孔印刷電路板時(shí),要選用特制FR-1及XPC的紙質(zhì)基板 .板材. b.-2 導(dǎo)體材質(zhì) 1) 導(dǎo)體材質(zhì) 銀及

8、碳墨貫孔印刷電路的導(dǎo)電方式是利用銀及石墨微粒鑲嵌在聚合體內(nèi), 藉由微粒的接觸來導(dǎo)電,而銅鍍通孔印刷電路板,則是借由銅本身是連貫的 結(jié)晶體而產(chǎn)生非常順暢的導(dǎo)電性. 2) 延展性: 銅鍍通孔上的銅是一種連續(xù)性的結(jié)晶體,有非常良好的延展性,不會(huì)像銀、 碳墨膠在熱脹冷縮時(shí),容易發(fā)生界面的分離而降低導(dǎo)電度. 3) 移行性: 銀、銅都是金屬材質(zhì),容易發(fā)性氧化、還原作用造成銹化及移行現(xiàn)象,因電位差的不同,銀比銅在電位差趨動(dòng)力下容易發(fā)生銀遷移(Silver Migration). c. 碳墨貫孔(Carbon Through Hole)用紙質(zhì)基板. 碳墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性,石墨所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧珒H僅

9、是作簡(jiǎn)單的訊號(hào)傳遞者,所以PCB業(yè)界對(duì)積層板除了碳墨膠與基材的密著性、翹 曲度外,并沒有特別要求.石墨因有良好的耐磨性,所以Carbon Paste最早期 是被應(yīng)用來取代Key Pad及金手指上的鍍金,而后延伸到扮演跳線功能.碳墨貫孔印刷電路板的負(fù)載電流通常設(shè)計(jì)的很低,所以業(yè)界大都采用XPC 等級(jí),至于厚度方面,在考慮輕、薄、短、小與印刷貫孔性因素下,常通選用0.8、1.0或1.2mm厚板材. d. 室溫沖孔用紙質(zhì)基板 其特征是紙質(zhì)基板表面溫度約40以下,即可作Pitch為1.78mm的IC密 集孔的沖模,孔間不會(huì)發(fā)生裂痕,并且以減低沖模時(shí)紙質(zhì)基板冷卻所造成線 路精準(zhǔn)度的偏差,該類紙質(zhì)基板非常

10、適用于細(xì)線路及大面積的印刷電路板. e. 抗漏電壓(Anti-Track)用紙質(zhì)基板 人類的生活越趨精致,對(duì)物品的要求且也就越講就短小輕薄,當(dāng)印刷電路板的線路設(shè)計(jì)越密集,線距也就越小,且在高功能性的要求下,電流負(fù)載變大 了,那么線路間就容易因發(fā)生電弧破壞基材的絕緣性而造成漏電,紙質(zhì)基板業(yè)界為解決該類問題,有供應(yīng)采用特殊背膠的銅箔所制成的抗漏電壓 用紙質(zhì)基板2.1.2 環(huán)氧樹脂 Epoxy Resin 是目前印刷線路板業(yè)用途最廣的底材.在液態(tài)時(shí)稱為清漆或稱凡立水(Varnish) 或稱為 A-stage, 玻璃布在浸膠半干成膠片后再經(jīng)高溫軟化液化而呈現(xiàn)黏著性而用于雙面基板制作或多層板之壓合用稱

11、B-stage prepreg ,經(jīng)此壓合再硬化而無法回復(fù)之最終狀態(tài)稱為 C-stage.2.1.2.1傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的組成及其性質(zhì)用于基板之環(huán)氧樹脂之單體一向都是Bisphenol A 及Epichlorohydrin 用 dicy 做為架橋劑所形成的聚合物.為了通過燃性試驗(yàn)(Flammability test), 將上述仍在液態(tài)的樹脂再與Tetrabromo-Bisphenol A 反應(yīng)而成為最熟知FR-4 傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂.現(xiàn)將產(chǎn)品之主要成份列于后: 單體 -Bisphenol A, Epichlorohydrin 架橋劑(即硬化劑) -雙氰 Dicyandiamide簡(jiǎn)稱Dicy 速化劑 (

12、Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine ( BDMA ) 及 2- Methylimidazole ( 2-MI ) 溶劑 -Ethylene glycol monomethy ether( EGMME ) Dimethy formamide (DMF) 及稀釋劑 Acetone ,MEK. 填充劑(Additive) -碳酸鈣、硅化物、 及氫氧化鋁 或 化物等增加難燃效果. 填充劑可調(diào)整其Tg.A. 單體及低分子量之樹脂 典型的傳統(tǒng)樹脂一般稱為雙功能的環(huán)氣樹脂 ( Difunctional Epoxy Resin),見圖3.2. 為了達(dá)到使用安全的目的,特于樹脂的

13、分子結(jié)構(gòu)中加入溴原子,使產(chǎn)生部份碳溴之結(jié)合而呈現(xiàn)難燃的效果.也就是說當(dāng)出現(xiàn)燃燒的條件或環(huán)境時(shí),它要不容易被點(diǎn)燃,萬一已點(diǎn)燃在燃燒環(huán)境消失后,能自己熄滅而不再繼續(xù)延燒.見圖3.3.此種難燃材炓在 NEMA 規(guī)范中稱為 FR-4.(不含溴的樹脂在 NEMA 規(guī)范中稱為 G-10) 此種含溴環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)很多如介電常數(shù)很低,與銅箔的附著力很強(qiáng),與玻璃纖維結(jié)合后之撓性強(qiáng)度很不錯(cuò)等.B. 架橋劑(硬化劑) 環(huán)氧樹脂的架橋劑一向都是Dicey,它是一種隱性的 (latent) 催化劑 , 在高溫160之下才發(fā)揮其架橋作用,常溫中很安定,故多層板 B-stage 的膠片才不致無法儲(chǔ)存. 但 Dicey的缺點(diǎn)

14、卻也不少,第一是吸水性 (Hygroscopicity),第二個(gè)缺點(diǎn)是難溶性.溶不掉自然難以在液態(tài)樹脂中發(fā)揮作用.早期的基板商并不了解下游電路板裝配工業(yè)問題,那時(shí)的 dicey 磨的不是很細(xì),其溶不掉的部份混在底材中,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間聚集的吸水后會(huì)發(fā)生針狀的再結(jié)晶, 造成許多爆板的問題.當(dāng)然現(xiàn)在的基板制造商都很清處它的嚴(yán)重性,因此已改善此點(diǎn).C. 速化劑 用以加速 epoxy 與 dicey 之間的架橋反應(yīng), 最常用的有兩種即BDMA 及 2-MI.D. Tg 玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度 高分子聚合物因溫度之逐漸上升導(dǎo)致其物理性質(zhì)漸起變化,由常溫時(shí)之無定形或部份結(jié)晶之堅(jiān)硬及脆性如玻璃一般的物質(zhì)而轉(zhuǎn)成為一種黏滯度非

15、常高,柔軟如橡皮一般的另一種狀態(tài).傳統(tǒng) FR4 之 Tg 約在115-120之間,已被使用多年,但近年來由于電子產(chǎn)品各種性能要求愈來愈高,所以對(duì)材料的特性也要求日益嚴(yán)苛,如抗?jié)裥?、抗化性、抗溶劑性、抗熱?,尺寸安定性等都要求改進(jìn),以適應(yīng)更廣泛的用途, 而這些性質(zhì)都與樹脂的 Tg 有關(guān), Tg 提高之后上述各種性質(zhì)也都自然變好.例如 Tg 提高后, a.其耐熱性增強(qiáng), 使基板在 X 及 Y 方向的膨脹減少,使得板子在受熱后銅線路與基材之間附著力不致減弱太多,使線路有較好的附著力. b.在 Z 方向的膨脹減小后,使得通孔之孔壁受熱后不易被底材所拉斷.c. Tg 增高后,其樹脂中架橋之密度必定提高

16、很多使其有更好的抗水性及防溶劑性,使板子受熱后不易發(fā)生白點(diǎn)或織紋顯露,而有更好的強(qiáng)度及介電性.至于尺寸的安定性,由于自動(dòng)插裝或表面裝配之嚴(yán)格要求就更為重要了.因而近年來如何提高環(huán)氧樹脂之 Tg 是基板材所追求的要?jiǎng)?wù).E. FR4 難燃性環(huán)氧樹脂 傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂遇到高溫著火后若無外在因素予以撲滅時(shí),會(huì)不停的一直燃燒下去直到分子中的碳?xì)溲趸虻紵戤厼橹?若在其分子中以溴取代了氫的位置,使可燃的碳?xì)滏I化合物一部份改換成不可燃的碳溴鍵化合物則可大大的降低其可燃性.此種加溴之樹脂難燃性自然增強(qiáng)很多,但卻降低了樹脂與銅皮以及玻璃間的黏著力,而且萬一著火后更會(huì)放出劇毒的溴氣,會(huì)帶來的不良后果.3.1.2.

17、2高性能環(huán)氧樹脂(Multifunctional Epoxy) 傳統(tǒng)的 FR4 對(duì)今日高性能的線路板而言已經(jīng)力不從心了, 故有各種不同的樹脂與原有的環(huán)氧樹脂混合以提升其基板之各種性質(zhì),A. Novolac 最早被引進(jìn)的是酚醛樹脂中的一種叫 Novolac 者 ,由 Novolac 與環(huán)氧氯丙烷所形成的酯類稱為 Epoxy Novolacs,見圖3.4之反應(yīng)式. 將此種聚合物混入 FR4 之樹脂, 可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性, Tg 也隨之提高,缺點(diǎn)是酚醛樹脂本身的硬度及脆性都很高而易鉆頭,加之抗化性能力增強(qiáng),對(duì)于因鉆孔而造成的膠渣 (Smear) 不易除去而造成多層板PTH制程之困

18、擾.B. Tetrafunctional Epoxy 另一種常被添加于 FR4 中的是所謂 " 四功能的環(huán)氧樹脂 " (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其與傳統(tǒng) " 雙功能 " 環(huán)氧樹脂不同之處是具立體空間架橋 ,見圖3.5,Tg 較高能抗較差的熱環(huán)境,且抗溶劑性、抗化性、抗?jié)裥约俺叽绨捕ㄐ砸埠煤芏?而且不會(huì)發(fā)生像 Novolac那樣的缺點(diǎn).最早是美國(guó)一家叫 Polyclad 的基板廠所引進(jìn)的.四功能比起 Novolac來還有一種優(yōu)點(diǎn)就是有更好的均勻混合.為保持多層板除膠渣的方便起見,此種四功能的基板在鉆孔后最好在烤箱中以 1

19、60 烤 2-4 小時(shí), 使孔壁露出的樹脂產(chǎn)生氧化作用,氧化后的樹脂較容易被蝕除,而且也增加樹脂進(jìn)一步的架橋聚合,對(duì)后來的制程也有幫助.因?yàn)榇嘈缘年P(guān)系, 鉆孔要特別注意.上述兩種添加樹脂都無法溴化,故加入一般FR4中會(huì)降低其難燃性. 3.1.2.3 聚亞醯胺樹脂 Polyimide(PI)A. 成份 主要由Bismaleimide 及Methylene Dianiline 反應(yīng)而成的聚合物,見圖3.6. B. 優(yōu)點(diǎn) 電路板對(duì)溫度的適應(yīng)會(huì)愈來愈重要,某些特殊高溫用途的板子,已非環(huán)氧樹脂所能勝任,傳統(tǒng)式 FR4 的 Tg 約 120 左右,即使高功能的 FR4 也只到達(dá) 180-190 ,比起聚亞

20、醯胺的 260 還有一大段距離.PI在高溫下所表現(xiàn)的良好性質(zhì),如良好的撓性、銅箔抗撕強(qiáng)度、抗化性、介電性、尺寸安定性皆遠(yuǎn)優(yōu)于 FR4.鉆孔時(shí)不容易產(chǎn)生膠渣,對(duì)內(nèi)層與孔壁之接通性自然比 FR4 好. 而且由于耐熱性良好,其尺寸之變化甚少,以X 及 Y方向之變化而言,對(duì)細(xì)線路更為有利,不致因膨脹太大而降低了與銅皮之間的附著力.就 Z 方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機(jī)會(huì).C. 缺點(diǎn): a.不易進(jìn)行溴化反應(yīng),不易達(dá)到 UL94 V-0 的難燃要求. b.此種樹脂本身層與層之間,或與銅箔之間的黏著力較差,不如環(huán)氧樹脂那么強(qiáng),而且撓性也較差. c.常溫時(shí)卻表現(xiàn)不佳,有吸濕性 (Hygroscopic)

21、, 而黏著性、延性又都很差. d.其凡立水(Varnish,又稱生膠水,液態(tài)樹脂稱之)中所使用的溶劑之沸點(diǎn)較高,不易趕完,容易產(chǎn)生高溫下分層的現(xiàn)象.而且流動(dòng)性不好,壓合不易填滿死角 . e.目前價(jià)格仍然非常昂貴約為 FR4 的 2-3倍,故只有軍用板或 Rigid- Flex 板才用的起. 在美軍規(guī)范MIL-P-13949H中, 聚亞醯胺樹脂基板代號(hào)為GI. 3.1.2.4 聚四氟乙烯 (PTFE)全名為 Polyterafluoroethylene ,分子式見圖3.7. 以之抽絲作PTFE纖維的商品名為 Teflon 鐵弗龍 ,其最大的特點(diǎn)是阻抗很高 (Impedance) 對(duì)高頻微波 (m

22、icrowave) 通信用途上是無法取代的,美軍規(guī)范賦與 "GT"、"GX"、及 "GY" 三種材料代字,皆為玻纖補(bǔ)強(qiáng)type,其商用基板是由3M 公司所制,目前這種材料尚無法大量投入生產(chǎn),其原因有: A. PTFE 樹脂與玻璃纖維間的附著力問題;此樹脂很難滲入玻璃束中,因其抗化性特強(qiáng),許多濕式制程中都無法使其反應(yīng)及活化,在做鍍通孔時(shí)所得之銅孔壁無法固著在底材上,很難通過 MILP-55110E 中 4.8.4.4 之固著強(qiáng)度試驗(yàn). 由于玻璃束未能被樹脂填滿,很容易在做鍍通孔時(shí)造成玻璃中滲銅 (Wicking) 的出現(xiàn),影響板子的可信

23、賴度. B. 此四氟乙烯材料分子結(jié)構(gòu),非常強(qiáng)勁無法用一般機(jī)械或化學(xué)法加以攻擊, 做蝕回時(shí)只有用電漿法. C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常溫時(shí)呈可撓性, 也使線路的附著力及尺寸安定性不好. 表為四種不同樹脂制造的基板性質(zhì)的比較. 3.1.2.5 BT/EPOXY樹脂BT樹脂也是一種熱固型樹脂,是日本三菱瓦斯化成公司(Mitsubishi Gas Chemical Co.)在1980年研制成功.是由Bismaleimide及Trigzine Resin monomer二者反應(yīng)聚合而成.其反應(yīng)式見圖3.8.BT樹脂通常和環(huán)氧樹脂混合而制成基板. A. 優(yōu)點(diǎn) a. Tg點(diǎn)高達(dá)180,耐熱性

24、非常好,BT作成之板材,銅箔的抗撕強(qiáng)度(peel Strength),撓性強(qiáng)度亦非常理想鉆孔后的膠渣(Smear)甚少 b. 可進(jìn)行難燃處理,以達(dá)到UL94V-0的要求 c. 介質(zhì)常數(shù)及散逸因子小,因此對(duì)于高頻及高速傳輸?shù)碾娐钒宸浅Ｓ欣? d. 耐化性,抗溶劑性良好 e. 絕緣性佳 B. 應(yīng)用 a. COB設(shè)計(jì)的電路板 由于wire bonding過程的高溫,會(huì)使板子表面變軟而致打線失敗. BT/EPOXY高性能板材可克服此點(diǎn). b. BGA ,PGA, MCM-Ls等半導(dǎo)體封裝載板 半導(dǎo)體封裝測(cè)試中,有兩個(gè)很重要的常見問題,一是漏電現(xiàn)象,或稱 CAF(Conductive Anodic Fi

25、lament),一是爆米花現(xiàn)象(受濕氣及高溫沖 擊).這兩點(diǎn)也是BT/EPOXY板材可以避免的. 3.1.2.6 Cyanate Ester Resin 1970年開始應(yīng)用于PCB基材,目前Chiba Geigy有制作此類樹脂.其反應(yīng)式如圖3.9. A. 優(yōu)點(diǎn) a. Tg可達(dá)250,使用于非常厚之多層板 b. 極低的介電常數(shù)(2.53.1)可應(yīng)用于高速產(chǎn)品.B. 問題 a. 硬化后脆度高. b. 對(duì)濕度敏感,甚至可能和水起反應(yīng). 3.1.2玻璃纖維 3.1.2.1前言 玻璃纖維(Fiberglass)在PCB基板中的功用,是作為補(bǔ)強(qiáng)材料.基板的補(bǔ)強(qiáng)材料尚有其它種,如紙質(zhì)基板的紙材, Kelva

26、r(Polyamide聚醯胺)纖維,以及石英(Quartz)纖維.本節(jié)僅討論最大宗的玻璃纖維. 玻璃(Glass)本身是一種混合物,其組成見表它是一些無機(jī)物經(jīng)高溫融熔合而成,再經(jīng)抽絲冷卻而成一種非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬物體.此物質(zhì)的使用,已有數(shù)千年的歷史.做成纖維狀使用則可追溯至17世紀(jì).真正大量做商用產(chǎn)品,則是由Owen-Illinois及Corning Glass Works兩家公司其共同的研究努力后,組合成Owens-Corning Fiberglas Corporation于1939年正式生產(chǎn)制造. 3.1.2.2 玻璃纖維布 玻璃纖維的制成可分兩種,一種是連續(xù)式(Continuous)的纖維

27、另一種則是不連續(xù)式(discontinuous)的纖維前者即用于織成玻璃布 (Fabric),后者則做成片狀之玻璃席(Mat).FR4等基材,即是使用前者,CEM3基材,則采用后者玻璃席. A. 玻璃纖維的特性 原始融熔態(tài)玻璃的組成成份不同,會(huì)影響玻璃纖維的特性,不同組成所呈現(xiàn)的差異,表中有詳細(xì)的區(qū)別,而且各有獨(dú)特及不同應(yīng)用之處.按組成的不同(見表),玻璃的等級(jí)可分四種商品:A級(jí)為高堿性,C級(jí)為抗化性,E級(jí)為電子用途,S級(jí)為高強(qiáng)度.電路板中所用的就是E級(jí)玻璃,主要是其介電性質(zhì)優(yōu)于其它三種.-玻璃纖維一些共同的特性如下所述: a.高強(qiáng)度:和其它紡織用纖維比較,玻璃有極高強(qiáng)度.在某些應(yīng)用上,其強(qiáng)度

28、/重量比甚至超過鐵絲. b.抗熱與火:玻璃纖維為無機(jī)物,因此不會(huì)燃燒 c.抗化性:可耐大部份的化學(xué)品,也不為霉菌,細(xì)菌的滲入及昆蟲的功擊. d.防潮:玻璃并不吸水,即使在很潮濕的環(huán)境,依然保持它的機(jī)械強(qiáng)度. e.熱性質(zhì):玻纖有很低的熬線性膨脹系數(shù),及高的熱導(dǎo)系數(shù),因此在高溫環(huán)境下有極佳的表現(xiàn). f.電性:由于玻璃纖維的不導(dǎo)電性,是一個(gè)很好的絕緣物質(zhì)的選擇. PCB基材所選擇使用的E級(jí)玻璃,最主要的是其非常優(yōu)秀的抗水性.因此在非常潮濕,惡劣的環(huán)境下,仍然保有非常好的電性及物性一如尺寸穩(wěn)定度. -玻纖布的制作: 玻璃纖維布的制作,是一系列專業(yè)且投資全額龐大的制程本章略而不談 3.2 銅箔(copp

29、er foil) 早期線路的設(shè)計(jì)粗粗寬寬的,厚度要求亦不挑剔,但演變至今日線寬3,4mil,甚至更細(xì)(現(xiàn)國(guó)內(nèi)已有工廠開發(fā)1 mil線寬),電阻要求嚴(yán)苛.抗撕強(qiáng)度,表面Profile等也都詳加規(guī)定.所以對(duì)銅箔發(fā)展的現(xiàn)況及驅(qū)勢(shì)就必須進(jìn)一步了解. 3.2.1傳統(tǒng)銅箔 3.2.1.1輾軋法 (Rolled-or Wrought Method) 是將銅塊經(jīng)多次輾軋制作而成,其所輾出之寬度受到技術(shù)限制很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸基板的要求 (3 呎*4呎) ,而且很容易在輾制過程中造成報(bào)廢,因表面粗糙度不夠,所以與樹脂之結(jié)合能力比較不好,而且制造過程中所受應(yīng)力需要做熱處理之回火軔化(Heat treatment or

30、 Annealing),故其成本較高. A. 優(yōu)點(diǎn). a. 延展性Ductility高,對(duì)FPC使用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下,信賴度極佳. b. 低的表面棱線Low-profile Surface,對(duì)于一些Microwave電子應(yīng)用是一利基. B. 缺點(diǎn). a. 和基材的附著力不好. b. 成本較高. c. 因技術(shù)問題,寬度受限. 3.2.1.2 電鍍法 (Electrodeposited Method) 最常使用于基板上的銅箔就是ED銅.利用各種廢棄之電線電纜熔解成硫酸銅鍍液,在殊特深入地下的大型鍍槽中,陰陽(yáng)極距非常短,以非常高的速度沖動(dòng)鍍液,以 600 ASF 之高電流密度,將柱狀 (Columnar

31、) 結(jié)晶的銅層鍍?cè)诒砻娣浅９饣纸?jīng)鈍化的 (passivated) 不銹鋼大桶狀之轉(zhuǎn)胴輪上(Drum),因鈍化處理過的不銹鋼胴輪上對(duì)銅層之附著力并不好,故鍍面可自轉(zhuǎn)輪上撕下,如此所鍍得的連續(xù)銅層,可由轉(zhuǎn)輪速度,電流密度而得不同厚度之銅箔,貼在轉(zhuǎn)胴之光滑銅箔表面稱為光面(Drum side ), 另一面對(duì)鍍液之粗糙結(jié)晶表面稱為毛面 (Matte side) .此種銅箔: A. 優(yōu)點(diǎn) a. 價(jià)格便宜. b. 可有各種尺寸與厚度. B. 缺點(diǎn). a. 延展性差, b. 應(yīng)力極高無法撓曲又很容易折斷. 3.2.1.3 厚度單位一般生產(chǎn)銅箔業(yè)者為計(jì)算成本, 方便訂價(jià),多以每平方呎之重量做為厚度之計(jì)算單位

32、, 如1.0 Ounce (oz)的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重量1 oz (28.35g)的銅層厚度.經(jīng)單位換算 35 微米 (micron)或1.35 mil. 一般厚度1 oz 及1/2 oz而超薄銅箔可達(dá) 1/4 oz,或更低. 3.2.2 新式銅箔介紹及研發(fā)方向 3.2.2.1 超薄銅箔一般所說的薄銅箔是指 0.5 oz (17.5 micron ) 以下,表三種厚度則稱超薄銅箔 3/8 oz 以下因本身太薄很不容易操作故需要另加載體 (Carrier) 才能做各種操作(稱復(fù)合式copper foil),否則很容易造成損傷.所用之載體有兩類,一類是以傳統(tǒng) ED 銅箔為載體,厚約2

33、.1 mil.另一類載體是鋁箔,厚度約3 mil.兩者使用之前須將載體撕離. 超薄銅箔最不易克服的問題就是 " 針孔 " 或 " 疏孔 "(Porosity),因厚度太薄,電鍍時(shí)無法將疏孔完全填滿.補(bǔ)救之道是降低電流密度,讓結(jié)晶變細(xì). 細(xì)線路,尤其是5 mil以下更需要超薄銅箔,以減少蝕刻時(shí)的過蝕與側(cè)蝕. 3.2.2.2 輾軋銅箔 對(duì)薄銅箔超細(xì)線路而言,導(dǎo)體與絕緣基材之間的接觸面非常狹小,如何能耐得住二者之間熱膨脹系數(shù)的巨大差異而仍維持足夠的附著力,完全依賴銅箔毛面上的粗化處理是不夠的,而且高速鍍銅箔的結(jié)晶結(jié)構(gòu)粗糙在高溫焊接時(shí)容易造成 XY 的斷裂也是一

34、項(xiàng)難以解決的問題.輾軋銅箔除了細(xì)晶之外還有另一項(xiàng)長(zhǎng)處那就是應(yīng)力很低 (Stress).ED 銅箔應(yīng)力高,但后來線路板業(yè)者所鍍上的一次銅或二次銅的應(yīng)力就沒有那么高.于是造成二者在溫度變化時(shí)使細(xì)線容易斷制.因此輾軋銅箔是一解決之途.若是成本的考量,Grade 2,E-Type的 high-ductility或是Grade 2,E-Type HTE銅箔也是一種選擇. 國(guó)際制造銅箔大廠多致力于開發(fā)ED細(xì)晶產(chǎn)品以解決此問題. 3.2.2.3 銅箔的表面處理 A 傳統(tǒng)處理法 ED銅箔從Drum撕下后,會(huì)繼續(xù)下面的處理步驟: a. Bonding Stage-在粗面(Matte Side)上再以高電流極短時(shí)

35、間內(nèi)快速鍍上銅, 其長(zhǎng)相如瘤,稱"瘤化處理""Nodulization"目的在增加表面積,其厚度約 20004000A b. Thermal barrier treatments-瘤化完成后再于其上鍍一層黃銅(Brass,是Gould 公司專利,稱為JTC處理),或鋅(Zinc是Yates公司專利,稱為TW處理).也是鍍鎳處理其作用是做為耐熱層.樹脂中的Dicy于高溫時(shí)會(huì)攻擊銅面而 生成胺類與水份,一旦生水份時(shí),會(huì)導(dǎo)致附著力降底.此層的作用即是防止上述反應(yīng)發(fā)生,其厚度約5001000A c. Stabilization-耐熱處理后,再進(jìn)行最后的"鉻化處理"(Chromation),光面與粗面同時(shí)進(jìn)行做為防污防銹的作用,也稱"鈍化處理"(passivation)或"抗氧化 處理"(antioxidant) B新式處理法 a. 兩面處理(Double treatment)指光面及粗面皆做粗化處理,嚴(yán)格來說,此法的應(yīng)用己有20年的歷史,但今日為降低多層板的COST而使用者漸多 在光面也進(jìn)行上述的傳統(tǒng)處理方式,如此應(yīng)用于內(nèi)層基板上,可以省掉壓膜前的銅面理