低传输损失无卤PCB基板材料的发展低传输损失无卤PCB基板材料的发展1刖S图I不断发展的髙频通讯网络随着ROHS、WEEE、REACH等环境保护指令的推广，在电子产品领域的绿色化正在不断发 展，国际大厂如索尼、苹果、惠普、戴尔等先后制订出无卤转化时间表，这样将大大加速 电子产品的无卤化进程在我们的日常生活中，计算数据的总量与速度正在增加，随着信 息技术的发展，电子通讯频率将越来越高，对PCB基板材料而言，适应高速/高频的要求 越来越迫切（图1）,高速/高频应用PCB基板材料除了需要满足电性能要求，还要满足环 境要求，就当前而言，就是无卤阻燃目前无卤PCB基板材料还主要应用在消费产品，在 高性能电子领域的应用还有一些局限性在电子信息产品飞速发展的今天，PCB的发展和应用对基板材料提出了相应的要求:PCB高速&高频——要求基板材料低Dk&低Df;PCB高可靠性——要求基板材料耐CAF；PCB高层数一一要求基板材料高Tg,低Z-CTE；PCB环境友好一要求基板材料无卤，适应无铅焊接加工因此，低传输损失无卤PCB基板材料的体系设计要兼顾诸多要求与限制，还是有一定技 术难度的台湾台耀科技（TUC）的新的无卤PCB基板材料研发产品有很高耐热性，通过比较完工 板的信号完整性，新的无卤PCB基板材料适用于高速/高频领域。
日本H立化成推出了低 传输损失无卤PCB基板材料MCL-LZ-71G和MCL-HE-679G,笔者分别介绍如下2 2007年无卤PCB基板材料的市场 无卤PCB基板材料由最早的为无卤而无卤发展成我系列化，为适应下游产业的设计需 要，要求具有散热性、低热膨胀系数、因应薄板装配需求的高刚性、阻燃方式实现无卤无 磷、具有高可靠性（如耐CAF）,见图2厂散热性 膨胀系数无卤PCB基板材料一—高刚性（适应薄板裝配）—无卤无璘―mCAF图2无卤PCB基板林料的发展从表1可看出，2007年无卤FR-4覆铜板的市场需求量有着明显的增长松下电工、南 亚塑胶、H立化成、生益科技、台光电子、联茂电子成为世界六大此类产品的生产供应 商松下电工公司是无卤FR-4覆铜板的龙头生产企业，它的产量占世界整个此类覆铜板 的28.8%,而产值所占比例却高达37%这说明该公司所生产销售的此类覆铜板与台湾、 中国内地的生产供应商相比，还具有高附加值特点明显有此特点的企业，还有日本的日 立化成公司，它在产量上占世界无卤FR-4总量的13. 8%,排名世界第二；而它的产值所占 比例却为16. 1%,居世界无卤FR-4产值的第二。
2007年无卤板材与胶片市场5. 84亿美元（占总产值的6. 6%），与2006年相比，增长 91%„主要的生产商是H立化成、南亚、松下电工、台光电子、生益科技最近，日本电 子产品公司对无卤板材的要求变得很强烈索尼、东芝、诺基亚、苹果均要求采用无卤线 路板在世界市场上的份额公司（百万n?）所占 百分比产值（百万英元）所占 百分比松下电1.6.028.8%21637.0%南亚塑胶4.421.2%8314.2%H立化成2.913.8%9416.1%牛益科技2.612.7%518.8%台朮电子2.210.7%518.8%収茂电子0.94.2223.7%其它L88.6%6711.4%总计20.9100%584100% FR-4无卤覆铜板在不同领域的应用见图2可以发现，当前主要的无卤终端产品是消费 电子、、笔记本电脑，在高速/高频领域的应用还需假以时H表2 FR4无卤覆铜板在不同领域的应用 （百万m?）产品类型20072008 （估计）2012CAAGR 2007-2012乎机7.511321.423.4%笔记本电脑3.9；5.113.829.0DTPC1.82.45.223.6MP30.61.21.621.9DSC0.70.71.09」可携式摄像机0.30.30.32.9体育用品3.75.611.325.1其它2.53.06.220.0总计20.929.760.923.9%3低传输损失无卤PCB基板材料剖析3.1台耀科技新开发的无卤PCB基板材料特点2008年10月，台耀科技Tzuoo-Lun Yeh等报导了具有低信号损失的无卤材料，在高频 传输中除承担低损失基板材料外，如低而且稳定的介质损耗角正切，同时，为适应高温环 境，还要提高硬度和耐热性，改善在更薄PCB或者CSP应用的加工困难。
从表3我们可以 发现,TUC的新无卤覆铜板比传统FR-4板材具有高Tg、Td、T260、T288,低Z-CTE,适应 于高层数和无铅应用要求经过10次无铅再流焊接循环测试，没有出现任何损害板材新高Tg传统传统高Tg性能、\无贞板材FR-4FR41*1化剂Non-dicyDicyNon-dicyTg(TMA)2001：门5丫：I65PTg(DMA)2301：155T185TTd(TGA)38()2：310%：330V*CTE(Z)(50・2H：)1.9%4.1%3.5%T260>60>20>30T288>6025阻燃94V-094V-094V-03. 1力学性能电子产品的更小、更轻、更快、多功能的需要，驱动了高密度互连和芯片级封装，另一 方面，更小更密的封装需要更薄材料，对覆铜板而言，为保证尺寸可靠性，除基板与元件 之间的CTE匹配以外（CTE不匹配将导致热-力应力造成焊点失效、元件开裂和PCB分 层），必须具有更高模量和刚性不同覆铜板的热膨胀系数比较见表4,新开发的无卤覆铜板具有较低的CTE,适合于封 装基板，因为减少了 CTE的不匹配，新开发的无卤覆铜板具有较好的热-力性能此外，用DMA比较了不同温度下的储能模量，用巴氏硬度测试仪比较了不同温度下的硬 度（见图3、图4）,从室温到220C,与传统覆铜板相比，新开发的无卤覆铜板具有较高 的储能模量和巴氏硬度，这也就是说，新开发的无卤覆铜板具有较好的力学性能，能够抵 御在PCB制造或装配过程的翘曲困扰。
［-page-］板材的刚性采用图5所示方法测量，通 过不同温度下的弯曲量评估其刚性高低，可以发现，即使在高温条件下，新开发的无卤覆 铜板具有较低的弯曲量，但是传统覆铜板的弯曲量随温度升高而增加，因此，适合于薄 PCB和封装基板应用，见图6表4不同覆铜板的热膨胀系数比较 (单位：ppnVV)材料新髙Tg传统传统高Tg性能、\无Ui很铜板FR-4FR-4CTE(x,y)(25-125 i：)11-1514-1812-16CTE(Z) a 1306550CTE(Z)(x220()330290图4巴氏硬度比较3. 12新无卤覆铜板的高频应用评估新开发的无卤覆铜板与传统FR-4的介电性能的比较见表5,可以发现介电常数(Dk)相 似，但介质损耗角正切(Df)比传统FR-4低而且随树脂含量的增加而增加，见图7所 以，与传统FR-4相比，新开发的无卤覆铜板的传输损失较低 图6不同温度下的刚性比较图5板材刚性的测试方法表5典型电性繼比较初料性能般岛Tg无卤柚铜板传疣ra-4传统高Tg FR-4介电常数4.5(1 MHz)4.5(1 MHz)4.5(1 MHz)（50%）430 GHz)4.2(1 GHz)4.2(1 GHz)介质描耗侑正切0.011(1 MHz)0.016(1 MHz)0.015(1 MHz)•＜诂脂介后：50% ）O.OKXlGHz)O.OI5(JGHz)0.014( 1GHz)体枳电齟率>10loMftcm>0Mncm> lOwlMncm・ 农而电阳> IOMM> 10*MQ> K^Mfl为评估高速条件下的新开发的无卤覆铜板信号完整性，采用6层板测试传输损失和眼图 评估，具有50欧姆特性阻抗的带状线图形设计，采用MLS型铜箔减少因集肤效应产生的 导体损失，此外，为了减少因通孔和连接器而产生的噪音，减少通孔孔径至6ndls,测试 板结构见图8o不同覆铜板的衰减损失比较见图9,新开发的无卤覆铜板的损失小于传统覆铜板，因为 介电常数相似，设计者不需要改变PCB的线路图形设计，可以直接得到更宽带宽。
卜 page-] 0 020图7树脂含星对介质损耗角正切的影响图8测试板结构图9不同番铜板袞减根失比较另一方面，用眼图分析传输性能的测试结果见图10,虽然在2Gbps时两图相似，但在 5Gbps和8Gbps很容易看出来，因此，新的无卤覆铜板能够在高频保持信号完整性，适合于高速/高频应用8d Rule - 2Gt>psBil Rrtltt - 2Gbps传统FR-4新无板传统FR-4新无卤覆制板Btt Rato 6Gbps Bit Rale - 8Gb戶图io新无卤覆铜板与传统FR」的眼图比较3. 2日立化成的MCL-LZ-71G3. 2. 1 MCL-LZ-71G的基本性能与应用近来，H立化成开发出适用于高GHZ频段的环境友好的低传输损失多层板材料MCL-LZ- 71G,该板材用新树脂加工，板材具有好的介电性能和与PTFE相似的Df,同时，环境友 好，高Tg,低吸水、高耐热，适合无铅焊接加工MCL-LZ-71G的基本性能见表6MCL-LZ-71G主要应用在各种高频设备、模块；基地站信号处理器；高终端服务器、路由 器、网络计算机ittz金环榊 鬓.卵 的松<*•< • XT.衷6 MCL LZ 71G的墓本住粧项冃条件LZ-71G<无慢）LX-67Y （含（3 ）A（科）B（弁卤）玻璃布庖号-EEEE介电骨•数IGHz 1-3.50*3.703.493.553.65介两IGHz■0.0055-0.00750.0051O.（XX>60.0054損孔角正切IGHz10.0040-0.0060标准（Rz:7・9un0KN/m■■-0.9Vl60>20-26Ol：/20S dipping MCL-LZ-71G的性能包括高频。