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。現(xiàn)把基板材料相關(guān)內(nèi)容整理成專文，供CCL業(yè)界參考。

1 高密度細(xì)線化的需求

1.1 對(duì)銅箔的需求

PCB全都向高密度細(xì)線化發(fā)展，HDI板尤為突出。在十年前IPC為HDI板下的定義是線寬/線距(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，但在線路蝕刻時(shí)為控制導(dǎo)線精度不至過(guò)蝕刻，容易有嵌入基材凸峰殘留，造成線路間短路或絕緣性下降，對(duì)精細(xì)線路尤為嚴(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)線路。現(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)公司的類似薄膜積層材料，臺(tái)灣工研院也開(kāi)發(fā)了此類材料。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)在典型的線寬/線距為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)從有線到無(wú)線，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，就是有更快傳輸速度、更大傳輸容量。全球云計(jì)算時(shí)代到來(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?，除了電路設(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，增加表面粗糙度或者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要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

由改性環(huán)氧樹(shù)脂或由聚苯醚(PPE)和偏苯三酸酐(TMA)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)及雙馬來(lái)酰亞胺(BMI)合成unique的獨(dú)特絕緣樹(shù)脂，與玻璃布構(gòu)成類似FR-4覆銅板在現(xiàn)階段被選擇較多，因?yàn)榫哂袃?yōu)秀的耐熱性和介電性、機(jī)械強(qiáng)度，并compat兼有常規(guī)PCB的加工性，會(huì)比PTFE類基板更受歡迎。

玻璃布在基板中拖了Dk后腿，E玻璃布之Dk6.6(1MHz)，環(huán)氧樹(shù)脂Dk3.6(1MHz)，組成FR-4的Dk4.2~4.8。新型NE玻璃布Dk4.4，組成FR-4的Dk4.0左右。采用新型NE玻璃布是降低Dk的有效方法。例如，松下推出的Megtron6高頻基板使用聚苯醚(PPO)為主要樹(shù)脂，Dk=3.4，Df=0.0015(1GHz)。日本利昌工業(yè)也使用聚苯醚為主體樹(shù)脂的基板，推出的CS-3376CN新基板其Dk=3.1，類同于PTFE基板。三菱瓦斯新的BT樹(shù)脂基板由調(diào)整BT與環(huán)氧樹(shù)脂比例，比其原有BT基板的介電特性要低近60%。依索拉的Tachyon-100G基材具有PTFE類同的電氣性能，及具有FR-4類同的PCB加工條件，在40GHz下Dk3.0和Df0.002，達(dá)到傳送100千兆位以太網(wǎng)（100GbE）的需要。

對(duì)高頻用覆銅板除了上述樹(shù)脂等絕緣材料性能有特殊要求外，導(dǎo)體銅的表面粗糙度(輪廓)也是影響信號(hào)傳輸損耗的一個(gè)重要因素，這是受集膚效應(yīng)(SkinEffect)的影響。集膚效應(yīng)為高頻信號(hào)傳輸時(shí)在導(dǎo)線產(chǎn)生電磁感應(yīng)，在導(dǎo)線截面中心處電感較大，使得電流或信號(hào)趨于導(dǎo)線表面集中。導(dǎo)體表層粗糙度影響到傳輸信號(hào)損失，表面光滑損失小。

在相同頻率下，銅表面粗糙度越大，信號(hào)損耗越大，所以我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中盡可能控制表面銅厚的粗糙度，粗糙度在不影響結(jié)合力的情況下越小越好。特別是對(duì)10GHz以上范圍的信號(hào)。在10GHz時(shí)銅箔粗糙度需要低于1μm，使用超平面銅箔(表面粗糙度0.04μm)效果更佳。銅箔表面粗糙度還需結(jié)合適宜的氧化處理和粘合樹(shù)脂系統(tǒng)。在不久的將來(lái)，會(huì)有一種幾乎沒(méi)有輪廓的涂有樹(shù)脂的銅箔，能有更高的剝離強(qiáng)度并且不影響介質(zhì)損耗。

3 高耐熱散熱性需求

伴隨著電子設(shè)備小型化、高功能，產(chǎn)生高發(fā)熱，電子設(shè)備的熱管理要求不斷增加，選擇的一個(gè)解決方案是發(fā)展導(dǎo)熱性印制電路板。能耐熱和散熱PCB的首要條件是基板的耐熱與散熱性，目前對(duì)基材通過(guò)樹(shù)脂改進(jìn)與添加填料在一定程度上提高了耐熱與散熱性，但這導(dǎo)熱性改善是非常有限的。典型的是采用金屬基板（IMS）或金屬芯印制電路板，起到發(fā)熱組件的散熱作用，比傳統(tǒng)的散熱器、風(fēng)扇冷卻縮小體積與降低成本。

鋁是一種很有吸引力的材料，它資源豐富、成本低、良好的導(dǎo)熱性能和強(qiáng)度，及環(huán)境友好，目前金屬基板或金屬芯多數(shù)是金屬鋁。鋁基電路板的優(yōu)點(diǎn)有簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)、電子連接可靠、導(dǎo)熱和強(qiáng)度高、無(wú)焊接無(wú)鉛環(huán)保等，從消費(fèi)品到汽車(chē)、軍品和航天都可設(shè)計(jì)應(yīng)用。金屬基板的導(dǎo)熱性和耐熱性無(wú)需置疑，關(guān)鍵在于金屬板與電路層間絕緣粘結(jié)劑之性能。

目前熱管理的驅(qū)動(dòng)力重點(diǎn)在LED，LED的輸入功率有近80%轉(zhuǎn)換成熱，因此LED的熱管理問(wèn)題深受重視，重點(diǎn)是LED用基板的散熱性。高耐熱環(huán)保型散熱絕緣層材料的構(gòu)成，為切入高亮度LED照明市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。

深圳市誠(chéng)之益電路有限公司是一家專業(yè)從事LED鋁基板和PCB板等研發(fā)、制造、銷(xiāo)售為一體的高新技術(shù)企業(yè),專注LED鋁基板8年,擁有國(guó)家實(shí)用型專利(專利號(hào):ZL200820095196.7),世界知名客戶一致的選擇 ,咨詢熱線:4000-612-168

4 撓性和印制電子及其它需求

4.1 撓性板需求

電子設(shè)備的小型化、輕薄化，必然大量使用撓性印制電路板(FPCB)和剛撓結(jié)合印制電路板(R-FPCB)。全球的FPCB市場(chǎng)目前估計(jì)約130億美元，預(yù)計(jì)每年增長(zhǎng)率高于剛性PCB。

隨著應(yīng)用面的擴(kuò)大，除了數(shù)量增加也會(huì)有許多新的性能要求。就聚酰亞胺膜有無(wú)色透明、白色、黑色和黃色等不同種類，具有高耐熱與低CTE性能，以適合不同場(chǎng)合使用。成本效益佳的聚酯薄膜基板同樣有市場(chǎng)，新的性能挑戰(zhàn)有高彈性、尺寸穩(wěn)定性、膜表面品質(zhì)，以及薄膜的光電耦合性和耐環(huán)境性等，以滿足最終用戶不斷變化的要求。

FPCB與剛性HDI板一樣要適應(yīng)高速度和高頻率信號(hào)傳輸要求，撓性基材的介電常數(shù)和介電損耗同樣必須關(guān)注，可利用聚四氟乙烯和先進(jìn)的聚酰亞胺基板構(gòu)成撓性電路。在聚酰亞胺樹(shù)脂中添加無(wú)機(jī)粉末和碳纖維填料，可產(chǎn)生一種三層結(jié)構(gòu)的可撓曲導(dǎo)熱基板。選用無(wú)機(jī)填料有氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)和六角形氮化硼(HBN)。該基材有1.51W/mK導(dǎo)熱性，可經(jīng)受2.5kV耐電壓、180度彎曲試驗(yàn)。

FPCB應(yīng)用市場(chǎng)如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人等，對(duì)FPCB性能結(jié)構(gòu)提出新要求，開(kāi)發(fā)出FPCB新產(chǎn)品。如超薄撓性多層板，四層FPCB從常規(guī)的0.4mm減薄至約0.2mm；高速傳輸撓性板，采用低Dk和低Df聚酰亞胺基材，達(dá)到5Gbps傳輸速度要求；大功率撓性板，采用100μm以上厚導(dǎo)體，以適應(yīng)高功率大電流電路需要；高散熱金屬基撓性板是局部使用金屬板襯底之R-FPCB；觸覺(jué)感應(yīng)性撓性板，由壓力傳感膜和電極夾在兩個(gè)聚酰亞胺薄膜之間，組成撓性觸覺(jué)傳感器；可伸縮撓性板或剛撓結(jié)合板，其撓性基材為彈性體，金屬導(dǎo)線圖案的形狀改進(jìn)成為可伸縮。這些特殊的FPCB當(dāng)然需要非常規(guī)的基材。

4.2 印制電子需求

印制電子近幾年勢(shì)頭興盛，預(yù)測(cè)到2020年代中期印制電子將有超3000億美元的市場(chǎng)。印制電子技術(shù)應(yīng)用于印制電路產(chǎn)業(yè)，是印制電路技術(shù)的一部分，這在行業(yè)內(nèi)已成共識(shí)。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)。目前基材和油墨材料繁多，一旦性能與成本有突破就會(huì)大量應(yīng)用，PCB制造商不要錯(cuò)失機(jī)會(huì)。

印制電子目前重點(diǎn)應(yīng)用是低成本的制造射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽，可以成卷印刷完成。潛在的是印刷顯示器、照明和有機(jī)光伏領(lǐng)域。可穿戴技術(shù)市場(chǎng)是當(dāng)前新興的一個(gè)有利市場(chǎng)。可穿戴技術(shù)各種產(chǎn)品，如智能服裝和智能運(yùn)動(dòng)眼鏡，活動(dòng)監(jiān)視器，睡眠傳感器，智能表，增強(qiáng)逼真的耳機(jī)、導(dǎo)航羅盤(pán)等。可穿戴技術(shù)設(shè)備少不了撓性電子電路，將帶動(dòng)撓性印制電子電路的發(fā)展。

印制電子技術(shù)的重要一方面是材料，包括基材和功能性油墨。撓性基材除現(xiàn)有FPCB適用外，也開(kāi)發(fā)更高性能基材，目前有陶瓷和高分子樹(shù)脂混合構(gòu)成的高介電基板材料，還有高溫基材、低溫基材和無(wú)色透明基材、黃色基材等。

4.3 埋置元件板需求

埋置元件印制電路板(EDPCB)是實(shí)現(xiàn)高密度電子互連的一種產(chǎn)品，埋置元件技術(shù)在PCB有很大的潛力。埋置元件技術(shù)有成型元件埋置法、印制元件埋置法，印制元件又分為厚膜元件與薄膜元件。制作薄膜元件需要特種基板，如覆銅板的銅箔下層含有鎳磷合金箔，供制作薄膜電阻;雙面覆銅板間夾有高介電常數(shù)基材供制作平面電容，形成埋置無(wú)源元件印制板。還有開(kāi)發(fā)填充陶瓷粉末的聚合物復(fù)合材料，具有介電常數(shù)高、高頻率下介質(zhì)損耗小、電介質(zhì)層厚度薄，可制作PCB內(nèi)層射頻電容。埋置元件擴(kuò)展到撓性印制板范疇，聚酰亞胺覆銅板也考慮制作薄膜元件的聚酰亞胺覆銅板。

4.4 其它特殊需求

現(xiàn)在又有激光直接構(gòu)件(LDS：Laser Direct Structuring)技術(shù)開(kāi)發(fā)，可以用于制造電子電路和元件集成的模型互連器件，LDS工藝采用熱塑性塑料和金屬氧化物材料，由激光成型和電路金屬化。3D打印技術(shù)在試圖用于PCB制造，電路圖形不局限于二維平面，成為立體構(gòu)件，此技術(shù)也需要熱塑性高分子材料。

新興的醫(yī)療電子設(shè)備開(kāi)始登場(chǎng)，其中有部分裝置是植入身體的，如用于血糖傳感性、診療導(dǎo)管和人工耳蝸等，其采用的PCB基材是生物惰性基材(PI或LCP)，選用的導(dǎo)體是穩(wěn)定的純貴金屬(金、鉑)。物聯(lián)網(wǎng)、智慧家庭、智慧城市提出，將是電子信息產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，將會(huì)配置許多新的電子設(shè)備，也就會(huì)有許多新的PCB及其基材需求，需早作準(zhǔn)備，及時(shí)加入。