【無線射頻工藝】-高端PCB覆銅板用三大關(guān)鍵原材料現(xiàn)況與性能需求

1/1高端PCB覆銅板用三大關(guān)鍵原材料現(xiàn)況與性能需求本文對近年新型、高端基板材料所用的特別電解銅箔、特種樹脂，以及特種玻纖布的供應鏈格局，以及對這三大材料新的性能需求，作以闡述。

2023年初以來，全球新冠疫情擴散，造成了我國覆銅板原材料供需鏈格局，發(fā)生了嚴峻變化。5G開展以來，高頻高速電路用覆銅板、高度HDI及IC封裝載板用基板材料在技術(shù)、性能、品種上也消失了很大的演化。面對這兩大重要變化，深化討論新型、高端的基板材料所用的電子銅箔、特種樹脂以及特種玻纖布的供應鏈格局，以及對三大材料的新型性能需求，被看成是特別重要、急需進行的工作。本文在這兩方面，作一些爭論。

1.電解銅箔

1.1各種低輪廓電解銅箔供應現(xiàn)況及其市場格局的新特點

全球高頻高速電解銅箔的2023年市場的規(guī)模，以及格局（各國家/地區(qū)、各主要廠家市場占有率狀況），見圖1、表1所示。

圖1、2023年全球低輪廓銅箔市場的規(guī)模與格局

表1、2023年、2023年高頻高速電路用低輪廓銅箔市場格局的統(tǒng)計及猜測

從圖1、表1所得知：全球的低輪廓銅箔產(chǎn)銷量（即市場規(guī)模）2023年估測增加49.8%，達到5.3萬噸。估測占全球電解銅箔總量的7.6%。2023年全球高頻高速電解銅箔產(chǎn)銷量中，RTF與VLP+HVLP產(chǎn)銷量比例約為：77:23。但將來幾年VLP+HVLP所占比例數(shù)有增長的趨勢。

在2023年，在中國大陸內(nèi)資及外資銅箔企業(yè)產(chǎn)出各類低輪廓銅箔總計為7580噸，其中內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)量占51.2%（3880噸）。內(nèi)資企業(yè)低輪廓電解銅箔產(chǎn)銷量，占整個內(nèi)資企業(yè)電子電路銅箔產(chǎn)量（14.4萬噸）的2.7%。在2023年國內(nèi)內(nèi)資企業(yè)實現(xiàn)VLP+HVLP品種實現(xiàn)可以量產(chǎn)的新突破，但生產(chǎn)及銷售此類低輪廓銅箔的量甚少，僅占全球此類電解銅箔產(chǎn)銷總量的2.3%。

1.2高頻高速電路用低輪廓電解銅箔品種及性能需求的差異化新特點

1.2.1對應不同傳輸損耗等級高頻高速覆銅板的電解銅箔品種及低輪廓度性

為了追求高頻高速電路具有更好信號完整性（SignalIntegrity，縮寫SI），覆銅板要實現(xiàn)（特殊在高頻下實現(xiàn)）更低的信號傳輸損耗性能。這需要覆銅板在制造中所采納的導體材料--銅箔，具有低輪廓度的特性。即覆銅板制造中采納銅箔是低Rz、低Rq等品種。

可以按四個信號傳輸損耗的等級，對應采納的各種低輪廓銅箔品種、Rz要求及其主要廠家牌號狀況，見表2所示。表2中還所列出了各品種低輪廓銅箔在基材傳輸損耗等級覆銅板中需要量的排名。

表2、對應不同傳輸損耗等級高頻高速覆銅板的幾種電解銅箔Rz指標范圍

1.2.2不同應用領域下的低輪廓電解銅箔性能的差異化

高頻高速電路用低輪廓電解銅箔的品種類別，按應用領域劃分為五大類。即剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔；高速數(shù)字電路用低輪廓電解銅箔；撓性PCB用低輪廓電解銅箔；封裝載板用低輪廓電解銅箔；厚銅PCB用低輪廓電解銅箔。這五大應用領域，對高頻高速電路用低輪廓電解銅箔，在性能要求上有著不同的特點，即表現(xiàn)在性能項目上有所側(cè)重、性能指標上有所差異等。

五大應用領域用低輪廓電解銅箔品種在性能需求及其差異，表現(xiàn)在如下幾方面：

（1）剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔

剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔，在不同應用頻率條件下的相對差別更明顯。在銅箔性能對基板的Dk勻稱全都性、信號傳輸損失性、處理層無鐵磁性元素存在，PIM(PassiveInter-modulation，無源互調(diào))等影響因素方面，要求更為嚴格。

為此，高檔的射頻-微波電路基板（如毫米波車載雷達用基板）所用的銅箔，一般要求表面處理需采納純銅處理工藝，以支持削減無源互調(diào)（PIM），實現(xiàn)覆銅板的低PIM性，參考指標：達到-158dBc～-160dBc以下。銅箔處理層實現(xiàn)無砷化。

同時，這類銅箔由于樹脂基材的不同，在選擇不同Rz銅箔品種方面，差異性很大。

剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔在銅箔的厚度規(guī)格方面，一般多采納：18m、35m、70m,而高端極低或超低輪廓銅箔，厚度規(guī)格多用：9m、12m、18m品種。

（2）高速數(shù)字電路用低輪廓電解銅箔

高速數(shù)字電路用低輪廓銅箔的應用市場，絕大多數(shù)定位在頻率一般在厘米波（3～30GHz）范圍。它的主要應用終端是高中端服務器等。這類銅箔的性能，對基板的插損、基板加工性等有著更重要的影響，為此有側(cè)重的嚴格要求。同時，銅箔的薄形規(guī)格、低成本化也是重要的要求。高速數(shù)字電路用低輪廓電解銅箔在銅箔的厚度規(guī)格方面，一般多采納：18m、35m、70m,而高端極低或超低輪廓銅箔，厚度規(guī)格多用：9m、12m、18m品種。

筆者對很多低Rz的各類銅箔品種（包括HVLP、VLP、RTF等品種）的非壓合面的輪廓度狀況作了調(diào)查、比對，所得導的結(jié)論是：在同一檔次品種牌號中，凡是在SI性表現(xiàn)得較比更好的品種，它的非壓合面輪廓度（以Rz或Ra表示）一般都是較低的。例如，某外資企業(yè)的一款RTF銅箔產(chǎn)品，它的Rz=3.0m(典型值），而非壓合面為Rz=3.5m。因此，無論是射頻/微波電路基板，還是高速數(shù)字電路基板，它們?yōu)樽非蟾玫腟I性,也需求所用的第輪廓度銅箔的非壓合面的Rz（或Ra、Rq），也具有很低的輪廓度。

當前，高速數(shù)字電路用低輪廓銅箔一大重要類別，是反轉(zhuǎn)銅箔（RTF）。近年樹脂、中國臺灣等銅箔企業(yè)在RTF銅箔技術(shù)上的進步，它的Rz小于2.5m的很多品種已經(jīng)問世，甚至Rz小于2.0m的品種也已經(jīng)消失。這樣也使得它的應用市場，以及全球高速數(shù)字電路用低輪廓銅箔市場規(guī)模的品種比例，也得到快速的擴大。

當前，全球銅箔低輪廓電解銅箔制造業(yè)界，在剛性射頻/微波電路用銅箔與高速數(shù)字電路用銅箔品種方面，更趨于性能的同一化。例如，盧森堡電路銅箔有限公司（CircuitFoil）在2023年間實現(xiàn)大生產(chǎn)的超低輪廓銅箔BF-NN/BF-NN-HT。此品種實現(xiàn)了"兩兼容'：其一，由原有的BF-ANP銅箔只用于PTFE樹脂類型基材，進展到"包括聚苯醚（PPE/PPO）基樹脂系統(tǒng)。也適用于純或改性氟聚合物（PTFE）樹脂系統(tǒng)。'其二，實現(xiàn)即可在射頻微波電路基板上應用，也適于高速數(shù)字電路基板中采納。

（3）撓性PCB用低輪廓電解銅箔

撓性PCB用低輪廓電解銅箔，由于制造微細線路的需要，多采納極薄銅箔（無載體）。這類品種的目前最低厚度規(guī)格已經(jīng)達到6m，例如福田金屬箔粉株式會社的CF-T4X-SV6、CF-T49A-DS-HD2；以及三井金屬株式會社的3EC-MLS-VLP(厚度最低7m)。

撓性PCB用低輪廓電解銅箔還要求銅箔具有高的抗拉強度，較高的延長率。蝕刻后基膜優(yōu)異透亮?????性，也是此銅箔市場的重要需求項目。

高頻化撓性PCB用低輪廓電解銅箔近年開頭走向低輪廓度化?，F(xiàn)業(yè)界中已經(jīng)消失不少Rz小于1.0um品種。例如，三井金屬TQ-M4-VSPRz0.6(典型值)；福田金屬CF-T4X-SVRz=1.0（典型值,規(guī)格9/12/18）；福田金屬CF-T49A-DS-HD2,Rz=1.0m（典型值）(規(guī)格6/9/12/18)；日進ISP，Rz0.55(典型值)。

（4）IC封裝載板用低輪廓電解銅箔

封裝載板（包括模塊基板）要求的低輪廓電解銅箔應具有高溫下（210℃/1h處理后）的高抗拉強度性、高熱穩(wěn)定性、高彈性模量、高剝離強度。它的厚度規(guī)格為5.0m～12m。并且近年高端IC封裝載板用銅箔的厚度規(guī)格正向著更極薄化進展，即厚度達到1.5m～3m。

封裝載板（包括模塊基板）近年也消失高頻高速化的需求。因此，近年消失了更多的封裝載板用低輪廓電解銅箔品種。例如：三井金屬的3EC-M2S-VLP（無載體），Rz1.8m(典型值)；210℃/1h后的抗拉強度51kgf/mm2；延長率4.6%；銅箔最薄規(guī)格9m。三井金屬的MT18FL（有載體）,Rz1.3m,形成電路銅箔的規(guī)格1.5、2、3m。日進材料有限公司的LPF（無載體），Rz1.72（典型值），210℃/1h后的抗拉強度52.3kgf/mm2；延長率3.7%；銅箔最薄規(guī)格9m。

（5）大電流厚銅PCB用低輪廓電解銅箔

厚度規(guī)格105um(3oz)的大電流厚銅PCB用低輪廓電解銅箔，常用規(guī)格：105、140、175、210m。還有特別厚度要求的超厚電解銅箔，厚度規(guī)格達到350m（10oz）、400m（11.5oz）。

大電流厚銅PCB用低輪廓電解銅箔，主要用于大電流、電源基板、高散熱電路板的制造。所制出的厚銅PCB主要應用于汽車電子、電源供應器、大功率工業(yè)掌握設備、太陽能設備等。近年來PCB的導熱性能，越來越成為普遍的重要的功能之一。超厚銅箔的市場需求在不斷擴大。同時由于厚銅PCB的微細線路制造技術(shù)及應用也得到進展，它需求所采納的超厚銅箔也兼?zhèn)涞洼喞忍匦?。例如，三井金屬RTF型低輪廓厚銅箔：MLS-G(Ⅱ型)，Rz=2.5m(產(chǎn)品典型值）。盧森堡TW-B，Rz4.2m(產(chǎn)品指標)。

1.3IC封裝載板用超薄電解銅箔的應用市場擴大與性能需求

近期一篇來自海外PCB專家撰寫的論文，對超薄、低輪廓銅箔的應用市場及應用性能要求作了較精辟的闡述。文中提出："自2023年后，HDI板開頭大量采納在IC載板產(chǎn)品上已經(jīng)是普遍應用的線路電鍍工藝。這種工藝被稱為半加成法工藝（SAP），是利用線路電鍍技術(shù)，以滿意IC載板小于15m的線路結(jié)構(gòu)需求，這種工藝在一般HDI板尚未采納，不過利用超薄銅皮做半加成技術(shù)（mSAP）的調(diào)整后，已經(jīng)成為HDI制造的主流工藝。'

"IC載板運用的半加成法（SAP）與類載板（SLP）的帶銅箔半加成法（mSAP）的差異在于加工的板材是否是預壓超薄銅箔。目前市場通常狀況下，成熟的SAP工藝加工的都是ABF薄膜材料，采納全板沉銅工藝，這并不適合現(xiàn)存多數(shù)生產(chǎn)設備的設置；因此就催生了改良型方案，即帶超薄銅箔的半加成工藝技術(shù)。'

文中給出了帶超薄銅箔的半加成法（mSAP）的工藝路線對比圖（見圖2），筆者在此上標出了"預壓超薄銅箔'的位置，以便讀者有明晰的了解。

圖2、SAP與mSAP的工藝流程比較

該文提出："帶銅箔半加成法工藝的關(guān)鍵就是使用了載體銅，這有助于銅箔的抗剝離強度穩(wěn)定且加強纖維的支撐。'但是，文中也同時提到了采納壓合法覆在基材上的超薄銅箔，在微細電路、微孔激光加工中所應達到的幾項重要性能。它主要包括：較高的并穩(wěn)定的銅箔抗剝離強度、超薄銅箔的厚度勻稱性、低表面粗糙度、銅箔光面上相宜的抗氧化涂層、微細線路的蝕刻性等。其中，銅箔抗剝離強度是最重要的性能項目。

二、特種樹脂

2.1覆銅板對特種樹脂有共同性與差異性要求

覆銅板制造業(yè)對特種樹脂品種、性能的需求，有共同性方面的要求，也有不同應用領域板型對樹脂性能要求的差異性。

高端覆銅板對特性樹脂的共性方面性能要求，包括了：樹脂性能指標的均一性、高性價比性、進行改性及性能掌握的高自由度性等。

根據(jù)不同的基板材料大類別，劃分為剛性覆銅板、撓性覆銅板、封裝載板用覆銅板等多個應用領域。各領域在品種、性能的需求上，有在不同型基材上應用的關(guān)鍵樹脂性能項目與指標的差異性。即使是一類的板材，也由于有不同性能的等級，對樹脂的要求標準也有所不同。

樹脂制造廠商認清、識透覆銅板對特種樹脂的差異性要求，就能把握好本企業(yè)的樹脂產(chǎn)品的共性化、客制化，進展產(chǎn)品系列化、特性化，擴大產(chǎn)品的市場深度與廣度。

2.2高頻高速覆銅板用特種樹脂需求現(xiàn)況的要求

LowLoss（低損耗）等級以上（基材Df0.008）的高頻高速電路用覆銅板，所用的主流樹脂組成工藝路線有兩條：一條是PTFE為代表的熱塑性樹脂體系構(gòu)成的工藝路線；另一條是以碳氫樹脂或者改性聚苯醚樹脂為代表的熱固性樹脂體系構(gòu)成的工藝路線。

在熱固性樹脂體系構(gòu)成的其次條工藝路線中，目前是以"PPO為主體+交聯(lián)劑[交聯(lián)劑可為雙馬酰亞胺樹脂、三烯丙基三異氰酸脂(TAIC)、碳氫樹脂等]'占為主流路線。同時，高頻高速電路用覆銅板用樹脂組成設計技術(shù)近幾年還不斷推動，更進展成多樣化。消失了以改性馬來酰亞胺（雙、多官能團型）為主樹脂的工藝路線；以特種環(huán)氧樹脂（雙環(huán)戊二烯型、聯(lián)苯醚型等）+苯并噁嗪樹脂的工藝路線等構(gòu)成的極低損耗（VeryLowLoss）等級，以及在極低損耗等級以下的高頻高速電路用基材的覆銅板品種。

圖3統(tǒng)計了各不同信號傳輸損耗等級的覆銅板，采納的樹脂種類的統(tǒng)計，見圖3所示。表3歸納所示了當前高頻高速覆銅板所需用的關(guān)鍵樹脂材料及其國內(nèi)外主要供應廠商。

圖3、不同傳輸損耗等級高頻高速覆銅板采納的樹脂種類例

表3、高頻高速覆銅板所需用的關(guān)鍵樹脂材料及其國內(nèi)外主要供應廠商

我國在PTFE型覆銅板用的PTFE原液生產(chǎn)廠家有晨光（四川）、東岳、巨化、晨光科慕氟材料(上海)公司（晨光和杜邦的合資公司）、三愛富等。另外，江西中氟也在建設中。國內(nèi)的覆銅板用PTFE液產(chǎn)量估量占全球總量的60%以上。

改性聚苯醚樹脂（PPO/PPE）作主樹脂制造的基板材料，在5G通訊設備對應的Verylowloss應用領域，目前有著不行替代的作用。它大部分的終端產(chǎn)品是基站設施的服務器等。5G通訊的深化開展，對PPO/PPE需求也有著快速的擴大。我國廣東同宇已批量產(chǎn)，山東圣泉、東材科技已進入客戶試用、評價階段。

碳氫樹脂在高頻高速覆銅板進展中，無論是在品種、技術(shù)上，還是應用的廣度、規(guī)模量上，都在基板材料業(yè)中得到快速的進展。碳氫樹脂、馬來酰亞胺(長鏈)等還在半加法所制的高端HDI板、封裝載板、模塊基板中采納的樹脂膜制造中得到應用。我國在碳氫樹脂方面的創(chuàng)新研制、量產(chǎn)及應用上，仍是短板需要迎頭趕上。

應當看到，全球撓性基板材料，以及近年興起的PCB用樹脂膜，都在樹脂材料上有重大轉(zhuǎn)變。為覆銅板業(yè)配套的國內(nèi)樹脂企業(yè)，應適應這兩大類基板材料新需求，在LCP晶高聚物、MPI（改性聚酰亞胺）樹脂、新型TPI樹脂、改性雙馬來酰亞胺樹脂（改性BMI）、特種環(huán)氧樹脂（苯氧樹脂等）。

2.3將來高頻高速覆銅板用新型樹脂的進展展望

新一代高頻高速覆銅板用樹脂材料，在主要性能需求上有哪些？它的主流需求樹脂類別都有哪些？專家（來自新日鐵住金化學株式會社綜合討論所環(huán)氧樹脂材料中心的川辺正直）曾發(fā)表的長篇文獻對上述提及的問題，做了較深化的闡述。其要點歸結(jié)如下：

（1）使用于高頻高速基板的覆銅板材料，依據(jù)高頻化應用條件與PCB的加工、裝聯(lián)的需求，它主要具備以下幾方面的性能：①低介電損失；②高耐熱性；③優(yōu)良的粘接性（主要指基材樹脂與銅箔的粘接性）；④低線性膨脹系數(shù)；⑤低吸水性；⑥好的成型加工性；⑦阻燃性；⑧牢靠性。在以上的各主要特性要求中，降低高頻信號的介電損失，是最為重要的項目。

（2）在高頻高速基板材料的樹脂體系的設計、選擇的最初階段，是選擇了易于實現(xiàn)低介電損失性的PTFE熱塑性樹脂。像過去PCB基材常用環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺（PI）樹脂，由于它們都有形成網(wǎng)狀成型所必需的極性基團，更低的介電損失性是難以達到的。但是，隨著高頻高速基板材料的應用普及，它PTFE樹脂型基板材料的實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的高成本性，限制了它的應用領域的擴大。而極性低的化學結(jié)構(gòu)與高耐熱性同時兼?zhèn)涞暮蚁┗袒蜆渲?，則越來越扮演了新一代高頻高速基板材料所用樹脂的重要（但不是唯一的）角色。

（3）在高頻高速基板材料的樹脂體系設計中選擇的樹脂類別，除了優(yōu)先考慮它的低介電損失性外，還需考慮到PCB制造工藝和加工性的性能需求，考慮在樹脂合成中的樹脂端基高度反應性、多項性能可控性、與其他樹脂協(xié)作的溶劑溶解性的要求。而在此方面，含乙烯基固化型樹脂，具備了可實現(xiàn)低聚合物化的聚合官能基，以及可形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)基的同一結(jié)構(gòu)條件。

（4）該文獻提出了將來重點需求的低介電損失的含乙烯基固化型樹脂的三種類別品種：①雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）。它具有剛直的酰亞胺環(huán)，從而比環(huán)氧樹脂更高的耐熱性，更低的CTE性，成形時不發(fā)生揮發(fā)性氣體。它已經(jīng)在高頻高速基板材料中得到應用（文中列舉了日立化成等應用實例）。②環(huán)烯烴樹脂(CycloOlefinPolymers，COP，或稱：CycloOlefinCopoly-mers，COC)。它是由環(huán)磷烴類單體所合成的，主鏈為脂環(huán)構(gòu)造碳氫系的非極性聚合物。它是一種透亮?????性、介電特性、耐熱性很優(yōu)秀的高分子材料。目前在進一步解決它的粘接性較低的問題后，很有望在PCB用基板材料中得到更多的應用（筆者注：臺灣某CCL廠在2023年已提出在高頻高速覆銅板中應用COC的創(chuàng)造專利，如CN103772957A）。③聚二乙烯基苯(Polydivinylben-zene,PDVB)。近幾年來消失的一類新型樹枝狀大分子?？赏ㄟ^它的多支化基元與其他聚合物成分進行合成為固化型樹脂材料。業(yè)界已在具有多支化基元結(jié)構(gòu)、可溶性聚二乙烯基苯(PDVB)獲得很大的討論進展。PDVB有著與環(huán)烯烴聚合物同等優(yōu)秀的介電特性，同時它由于與其他高聚物樹脂有很好的相溶性，因此更具有很好的將來基板材料樹脂配方設計的自由度。原本人及他所供職的新日鐵住金化學株式會社，在近年發(fā)表了多篇采納這類聚二乙烯基苯樹脂制造的PCB基板材料的專利。

三、特種玻纖布

全球及我國覆銅板業(yè)，當前對于作為補強材料的玻纖布，消失兩大需求熱門。其一，是超薄或極薄型玻纖布；其二，低Dk電子玻纖布。這樣兩方面熱門品種，主要市場在高頻高速覆銅板方面。

3.1對超薄或極薄型玻纖布性能需求

采納極薄玻纖布成為一種趨勢：現(xiàn)在像1067#（0.035mm）、106#（0.033mm）、1037#（0.027mm）電子布已得較廣泛的使用。而用于封裝載板、高端HDI板、光模塊基板、高速電路基板、射頻-微波電路基板用的覆銅板及其半固化片材料制造中，開頭迫切需求選用極薄玻纖布。極薄玻纖布的主要型號為：1027#（0.019mm）；1017#（0.014mm）。

采納極薄玻纖布的基板材料，目前更多的是應用在兩大領域：一是5G通信用的新型光模塊基板（屬于高速電路基板范疇），還有就是薄型化SiP封裝基板中。

對極薄玻纖布的需求及其所突出貢獻的性能功效，我們可舉臺灣某覆銅板企業(yè)新問世的某牌號覆銅板為例。（注此產(chǎn)品，分別歸在該公司"高速基板'及"封裝載板'兩類基板材料類別中。）該覆銅板產(chǎn)品及半固化片強調(diào)采納極薄玻纖布（1017#、1027#等）有著適于制作薄型化基板的特點。面板及預浸料的產(chǎn)品厚度最薄可做到0.0012英寸（0.03毫米）。用于高牢靠性多層基板，或適于SiP封裝、射頻和超薄HDI板的設計和應用。其中，突出的基材性能特點是：具有高彈性模量、高牢靠性和低Dk/Df、低損耗的電氣性能。實現(xiàn)PCB基板的嚴格X，Y尺寸穩(wěn)定性，低的板變形，可經(jīng)受歷過度苛刻的環(huán)境工作。

由此可見，超薄玻纖布及極薄玻纖布，不僅要擔當不行替代的基材"薄型化'的重任，還由于它的"薄'、"密'的自身特點，在降低信號傳輸損失（削減導線之間的時鐘偏移、導線阻抗面分布精度、提高PP的樹脂含量等）、提高彈性模量（以實現(xiàn)尺寸穩(wěn)定性、削減板材熱加工中的翹曲度等）、提高基板牢靠性等基板性能上發(fā)揮功效。

3.2對低Dk玻纖布應用效果的調(diào)查和爭論

對低Dk電子玻纖布（以下簡稱LD布）應用現(xiàn)況的調(diào)查統(tǒng)計（見表4）表明，全球大中型高頻高速覆銅板市場企業(yè)中，現(xiàn)已提出了約共有二十多個品種的采納了LD布的此類覆銅板產(chǎn)品品種。表4中收集了17對的樹脂配方同一的采納E布、LD布"雙伴'品種。以及為達到更低的Df及低傳輸損失所單獨開發(fā)的三種LD布品種。

表4、全球采納低Dk布的高頻高速