印制電路板基材的發(fā)展

董鵬

印制電子技術(shù)最接近FPCB，現(xiàn)在已有PCB制造商投入印制電子，他們從撓性板開(kāi)始，用印制電子電路（PEC）替代印制電路板（PCB）。

印制電路板的基本特性取決于基材板的性能，要提高印制電路板的技術(shù)性能就必須先提高印制電路基材板的性能，為了適應(yīng)印制板發(fā)展的需要，各種新型材料正在逐步開(kāi)發(fā)并投入使用。

近年來(lái)，PCB市場(chǎng)重點(diǎn)從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)向通信，包括基站、服務(wù)器和移動(dòng)終端等，以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)通信設(shè)備驅(qū)使PCB向更高密度、更輕薄、更高功能發(fā)展。印制電路技術(shù)離不開(kāi)基板材料，其中也涉及到PCB用基材的技術(shù)要求。

1.高密度細(xì)線(xiàn)化的需求

1.1對(duì)銅箔的需求

PCB全都向高密度細(xì)線(xiàn)化發(fā)展，HDI板尤為突出。在十年前IPC為HDI板下的定義是線(xiàn)寬/線(xiàn)距（L/S）是0.1mm/0.1mm及以下，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)基本做到常規(guī)L/S為60μm，先進(jìn)的L/S為40μm。日本的2013年版安裝技術(shù)路線(xiàn)圖數(shù)據(jù)是2014年HDI板常規(guī)L/S為50μm，先進(jìn)的L/S為35μm，試制性的L/S為20μm。

PCB線(xiàn)路圖形形成，傳統(tǒng)的是銅箔基板上光致成像后化學(xué)蝕刻工藝（減成法），減成法制作精細(xì)線(xiàn)路的限度最小約在30μm，并且需要用薄銅箔（9～12μm）基板。

由于薄銅箔CCL價(jià)格高，及薄銅箔層壓缺陷多，較多工廠(chǎng)產(chǎn)生18μm銅箔然后生產(chǎn)中采取蝕刻減薄銅層。這種做法工序多、厚度控制難、成本高，還是希望用薄銅箔為好。還有，PCB線(xiàn)路L/S小于20μm情況下，一般薄銅箔也難以勝任，需要用到超薄銅箔（3～5μm）基板和附于載體的超薄銅箔。

當(dāng)前精細(xì)線(xiàn)路對(duì)銅箔要求除了厚度更薄外，同時(shí)需要銅箔表面低粗糙度。通常為提高銅箔與基材的結(jié)合力，確保導(dǎo)體抗剝強(qiáng)度，都采取銅箔層粗化處理，常規(guī)的銅箔粗糙度大于5μm。

銅箔粗糙的凸峰嵌入基材是提高了抗剝離性，但在線(xiàn)路蝕刻時(shí)為控制導(dǎo)線(xiàn)精度不至過(guò)蝕刻，容易有嵌入基材凸峰殘留，造成線(xiàn)路間短路或絕緣性下降，對(duì)精細(xì)線(xiàn)路尤為嚴(yán)重。因此需要低粗糙度（小于3μm）的銅箔，甚至更低粗糙度（1.5μm）的銅箔。

但銅箔粗糙度降低而導(dǎo)體的抗剝強(qiáng)度仍要保持，需要對(duì)銅箔表面及基材樹(shù)脂表面作特殊處理，如有開(kāi)發(fā)出平滑樹(shù)脂面上化學(xué)鍍銅高結(jié)合力銅箔；如有“分子接合技術(shù)”，是對(duì)樹(shù)脂基材表面化學(xué)處理形成一種官能基團(tuán)能與銅層密切結(jié)合。

1.2積層絕緣介質(zhì)片的需求

HDI板技術(shù)特點(diǎn)是積成法工藝（BuildingUpProcess），常用的涂樹(shù)脂銅箔（RCC），或者半固化環(huán)氧玻璃布與銅箔層壓的積層難以達(dá)到精細(xì)線(xiàn)路?，F(xiàn)在趨于采用半加成法（SAP）或改進(jìn)型半加工法（MSAP），即采用絕緣介質(zhì)膜積層，再化學(xué)鍍銅形成銅導(dǎo)體層，因銅層極薄容易形成精細(xì)線(xiàn)路。

半加成法技術(shù)重點(diǎn)之一是積層介質(zhì)材料，為符合高密度細(xì)線(xiàn)路要求對(duì)積層材料提出介質(zhì)電氣性、絕緣性、耐熱性、結(jié)合力等要求，以及與HDI板工藝適應(yīng)性。

目前國(guó)際上的HDI積層介質(zhì)材料主要是日本味之素公司的ABF/GX系列產(chǎn)品，以環(huán)氧樹(shù)脂搭配不同固化劑，以添加無(wú)機(jī)粉末提高材料剛性及減少CTE，也有使用玻纖布增強(qiáng)剛性。

另有日本積水化學(xué)公司的類(lèi)似薄膜積層材料，臺(tái)灣工研院也開(kāi)發(fā)了此類(lèi)材料。ABF材料也在不斷改進(jìn)發(fā)展，新一代積層材料特別要求表面低粗化度、低熱膨脹率、低介質(zhì)損耗及薄型剛強(qiáng)化等。

全球半導(dǎo)體封裝中IC封裝載板由有機(jī)基板取代陶瓷基板，倒裝芯片（FC）封裝載板的節(jié)距越來(lái)越小，現(xiàn)在典型的線(xiàn)寬/線(xiàn)距為15μm，接下來(lái)會(huì)更細(xì)。

多層的載板性能重點(diǎn)要求低介電性、低熱膨脹系數(shù)和高耐熱性，在滿(mǎn)足性能目標(biāo)基礎(chǔ)上追求低成本的基板?，F(xiàn)在精細(xì)線(xiàn)路批量化生產(chǎn)基本都采用絕緣介質(zhì)積層結(jié)合壓薄銅箔的MSPA工藝。用SAP方法制造L/S小于10μm電路圖形。

PCB達(dá)到更密更薄，則HDI板技術(shù)從含芯板積層發(fā)展為無(wú)芯板任意層互連積層（Anylayer），同樣功能的任意層互連積層HDI板比含芯板積層HDI板面積和厚度可減少約25%。這些必須使用更薄的并保持電性能良好的介質(zhì)層。

2.高頻高速化需求

電子通信技術(shù)從有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)，從低頻、低速到高頻、高速?，F(xiàn)在的手機(jī)性能已進(jìn)入4G并將邁向5G，即是有更快傳輸速度、更大傳輸容量。

全球云計(jì)算時(shí)代的到來(lái)使數(shù)據(jù)流量成倍增加，通訊設(shè)備高頻高速化是必然趨勢(shì)。PCB為適合高頻、高速傳輸?shù)男枰穗娐吩O(shè)計(jì)方面減少信號(hào)干擾與損耗，保持信號(hào)完整性，以及PCB制造保持符合設(shè)計(jì)要求外，重要的是有高性能基材。

設(shè)計(jì)工程師為解決PCB增加速度和信號(hào)完整性，主要是針對(duì)電信號(hào)損失屬性?；倪x擇的關(guān)鍵因素介電常數(shù)（Dk）與介質(zhì)損耗（Df），當(dāng)Dk低于4與Df0.010以下為中Dk/Df級(jí)層壓板，當(dāng)Dk低于3.7與Df0.005以下為低Dk/Df級(jí)層壓板，現(xiàn)在有多種基材進(jìn)入市場(chǎng)可供選擇。

目前較多采用的高頻電路板基材主要是氟系樹(shù)脂、聚苯醚（PPO或PPE）樹(shù)脂和改性環(huán)氧樹(shù)脂這三大類(lèi)材料。氟系介質(zhì)基板，如聚四氟乙烯（PTFE）介電性能最低，通常應(yīng)用在5GHz以上。另外還有用改性環(huán)氧FR-4或PPO基材，可用于1GHz～10GHz之間的產(chǎn)品。

這三大類(lèi)高頻基板材料，以環(huán)氧樹(shù)脂成本最便宜，而氟系樹(shù)脂最昂貴；從介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、吸水率和頻率特性考慮，氟系樹(shù)脂最佳，環(huán)氧樹(shù)脂較差。當(dāng)產(chǎn)品應(yīng)用的頻率高過(guò)10GHz時(shí)，只有氟系樹(shù)脂印制板才能適用。但PTFE其不足之處除成本高外是剛性差，及熱膨脹系數(shù)較大。

對(duì)于聚四氟乙烯（PTFE）而言，為改善性能用大量無(wú)機(jī)物（如二氧化硅SiO2）填充材料或玻璃布作增強(qiáng)，來(lái)提高基材剛性及降低其熱膨脹性。另外因聚四氟乙烯樹(shù)脂本身的分子惰性，造成不容易與銅箔結(jié)合性差，因此更需與銅箔結(jié)合面的特殊表面處理。處理方法上有聚四氟乙烯表面進(jìn)行化學(xué)蝕刻或等離子體蝕刻，增加表面粗糙度或在銅箔與聚四氟乙烯樹(shù)脂之間增加一層粘合膜層提高結(jié)合力，但可能對(duì)介質(zhì)性能有影響，整個(gè)氟系高頻電路基板還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。