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1、PCB电板材质印刷电板是以铜箔基板Copper-cladLaminate简称CCL做为原而制造的电器或电子的重要机构组件故从事电板之上下游业者必须对基板有所解:有那些种类的基板它们是如何制造出来的使用于何种产品它们各有那些优点如此才能选择适当的基板.表3.1简单出同基板的适用场合.基板工业是一种材的基础工业是由介电层树脂Resin玻璃纤维Glassfiber及高纯的导体铜箔Copperfoil二者所构成的复合材Compositemateria真所牵涉的论及实务输于电板本身的制作.以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨.3.1介电层3.1.1树脂Resin3.1.1.1前言目前已使用于线板之树
2、脂类别很多如酚醛树脂Phonetic、环氧树脂Epoxy、聚亚醯胺树脂Polyamide、聚四氟乙烯Polytetrafluorethylene简称PTFE或称TEFLONB一三氮树脂BismaleimideTriazine简称BT等皆为热固型的树脂ThermosettedPlasticResin.3.1.1.2酚醛机t脂PhenolicResin是人类最早开发成功而又商业化的聚合物.是由液态的酚phenol及液态的甲醛formaldehyde俗称formalin两种宜的化学品在酸性或碱性的催化条件下发生体架桥Crosslinkage的连续反应而硬化成为固态的合成材.其反应化学式见图3.119
3、10有一家叫Bakelite公司加入帆布纤维而做成一种坚硬强固绝缘性又好的材称为Bakelite俗名为电木板或素板.美国电子制造业协会NEMA-NationlElectricalManufacturersAssociation将同的组合冠以同的编号代字而为业者所广用现将酚醛树脂之各产品代字表如表NEMA对于酚醛树脂板的分类及代码表中纸质基板代字的第一个quotXquot是表示机械性用途第二个quotXquot是表示可用电性用途.第三个quotXquot是表示可用有无线电波及高湿的场所.quotPquot表示需要加热才能冲板子Punchable否则材会破quotCquot表示可以冲加工coldp
4、unchablequotFRquot表示树脂中加有着火的物质使基板有难燃FlameRetarden或抗燃Flameresistance性.纸质板中最畅销的是XXXPC及FR-2.前者在温25C以上厚在.062in以下就可以冲制成型很方后者的组合与前完全相同只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性.以下介绍几个较常使用纸质基板及其特殊用途：A常使用纸质基板a.XPCGrade通常应用在低电压、低电会引起火源的消费性电子产品如玩具、手提收音机、机、计算器、遥控器及钟表等等.UL94对XPCGrade要求只须达到HB难燃等级即可.b.FR-1Grade:电气性、难燃性优于XPCGradeT泛使用于电及
5、电压比XPCGraded高的电器用品如彩色电视机、监视器、VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等.UL94要求FR-1难燃性有V-0、V-1与V-2同等级过由于三种等级板材价位差异大而且考虑安全起见目前电器界几乎全采用V-0级板材.c.FR-2Grade在与FR-1比较下除电气性能要求稍高外其它物性并没有特别之处近来在纸质基板业者努研究改进FR-1技术FR-1与FR-2的性质界线已渐模糊FR-2等级板材在久将来可能会在偏高价格因素下被FR-1所取代.B.其它特殊用途:a.铜镀通孔用纸质基板主要目的是计划取代部份物性要求并高的FR-4板材以低PCB的成本.b.银贯孔用纸质基板时下最取代部份物性要求
6、并很高的FR-4作通孔板材就是银贯孔用纸质基板印刷电板两面线的导通可直接借由印刷方式将银胶SilverPaste涂布于孔壁上经由高温硬化即成为导通体像一般FR-4板材的铜镀通孔需经由活化、化学铜、电镀铜、锡铅等繁杂手续.b-1基板材质1尺寸安定性:除要意X、Y轴纤维方向与横方向外要注意Z轴板材厚方向因热胀缩及加热减因素容造成银胶导体的断.2电气与吸水性:许多绝缘体在吸湿状态下低绝缘性以致提供属在电位差趋动下发生移的现象FR-4在尺寸安性、电气性与吸水性方面都比FR-1及XPC佳所以生产银贯孔印刷电板时要选用特制FR-1及XPC的纸质基板.板材.b.-2导体材质1导体材质银及碳墨贯孔印刷电的导电
7、方式是用银及石墨微镶嵌在聚合体内藉由微的接触来导电而铜镀通孔印刷电板则是借由铜本身是连贯的结晶体而产生非常顺畅的导电性.2延展性:铜镀通孔上的铜是一种连续性的结晶体有非常好的延展性会像银、碳墨胶在热胀缩时容发生界面的分离而低导电.3移性:银、铜都是属材质容发性氧化、还原作用造成锈化及移现象因电位差的同银比铜在电位差趋动下容发生银迁移SilverMigration.c.碳墨贯孔CarbonThroughHole用纸质基板.碳墨胶油墨中的石墨具有像银的移特性石墨所担当的角色仅仅是作简单的讯号传递者所以PCB业界对积层板除碳墨胶与基材的密着性、翘曲外并没有特别要求.石墨因有好的耐磨性所以Carbon
8、Paste最早期是被应用来取代KeyPad及手指上的镀而后延伸到扮演跳线功能.碳墨贯孔印刷电板的负载电通常设计的很低所以业界大都采用XPC等级至于厚方面在考虑轻、薄、短、小与印刷贯孔性因素下常通选用0.8、1.0或1.2mm厚板材.d.室温冲孔用纸质基板其特征是纸质基板表面温约40以下即可作Pitch为1.78mm的IC密集孔的冲模孔间会发生痕并且以减低冲模时纸质基板却所造成线精准的偏差该类纸质基板非常适用于细线及大面积的印刷电板.e.抗电压Anti-Track用纸质基板人类的生活越趋精致对物品的要求且也就越讲就短小轻薄当印刷电板的线设计越密集线距也就越小且在高功能性的要求下电负载变大那么线间
9、就容因发生电弧破坏基材的绝缘性而造成电纸质基板业界为解决该类问题有供应采用特殊背胶的铜箔所制成的抗电压用纸质基板2.1.2环氧树脂EpoxyResin是目前印刷线板业用途最广的底材.在液态时称为清漆或称凡水Varnish或称为A-stage玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现黏着性而用于双面基板制作或多层板之压合用称B-stageprepreg经此压合再硬化而无法回复之最终状态称为C-stage.2.1.2.1传统环氧树脂的组成及其性质用于基板之环氧树脂之单体一向都是BisphenolA及Epichlorohydrin用dicy做为架桥剂所形成的聚合物.为通过燃性试验Flammabi
10、litytest将上述仍在液态的树脂再与Tetrabromo-BisphenolA反应而成为最熟知FR-4传统环氧树脂.现将产品之主要成份于后:单体-BisphenolAEpichlorohydrin架桥剂即硬化剂-双氰Dicyandiamide简称Dicy速化剂Accelerator-Benzyl-DimethylamineBDMA及2-Methylimidazole2-MI溶剂-EthyleneglycolmonomethyetherEGMMEDimethyformamideDMF及稀释剂AcetoneMEK.填充剂Additive-碳酸钙、硅化物、及氢氧化铝或化物等增加难燃效果.填充剂可
11、调整其Tg.A.单体及低分子之树脂典型的传统树脂一般称为双功能的环气树脂DifunctionalEpoxyResin见图3.2.为达到使用安全的目的特于树脂的分子结构中化入溴原子使产生部份碳溴之结合而呈现难燃的效果.也就是说当出现燃烧的条件或环境时它要容被点燃万一已点燃在燃烧环境消失后能自己熄灭而再继续延烧.见图3.3.此种难燃材蚪在NEMA规范中称为FR-4.含澳的树脂在NEMA规范中称为G-10此种含溴环氧树脂的优点很多如介电常数很低与铜箔的附着很强与玻璃纤维结合后之挠性强很错等.B.架桥剂硬化剂环氧树脂的架桥剂一向都是Dicey它是一种隐性的latent催化剂在高温160c之下才发挥其架
12、桥作用常温中很安定故多层板B-stage的胶片才致无法储存.但Dicey的缺点却也少第一是吸水性Hygroscopicity第二个缺点是难溶性.溶掉自然难以在液态树脂中发挥作用.早期的基板商并解下游电板装配工业问题那时的dicey磨的是很细其溶掉的部份混在底材中经长时间聚集的吸水后会发生针状的再结晶造成许多爆板的问题.当然现在的基板制造商都很清处它的严重性因此已改善此点.C.速化剂用以加速epoxy与dicey之间的架桥反应最常用的有两种即BDMA及2-MI.D.Tg玻璃态转化温高分子聚合物因温之逐渐上升导致其物性质渐起变化由常温时之无定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞
13、非常高柔软如橡皮一般的另一种状态.传统FR4之Tg约在115-120之间已被使用多但近来由于电子产品各种性能要求愈来愈高所以对材的特性也要求日益严苛如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性尺寸安定性等都要求改进以适应广泛的用途而这些性质都与树脂的Tg有关Tg提高之后上述各种性质也都自然变好.如Tg提高后a.其耐热性增强使基板在X及Y方向的膨胀减少使得板子在受热后铜线与基材之间附着致减弱太多使线有较好的附着.b.在Z方向的膨胀减小后使得通孔之孔壁受热后被底材所断.c.Tg增高后其树脂中架桥之密必定提高很多使其有好的抗水性及防溶剂性使板子受热后发生白点或织纹显而有好的强及介电性.至于尺寸的安定性由于自动
14、插装或表面装配之严格要求就为重要.因而近来如何提高环氧树脂之Tg是基板材所追求的要务.E.FR4难燃性环氧树脂传统的环氧树脂遇到高温着火后无外在因素予以扑灭时会停的一直燃烧下去直到分子中的碳氢氧或氮燃烧完毕为止.在其分子中以溴取代氢的位置使可燃的碳氢键化合物一部份改换成可燃的碳溴键化合物则可大大的低其可燃性.此种加溴之树脂难燃性自然增强很多但却低树脂与铜皮以及玻璃间的黏着而且万一着火后会放出剧毒的溴气会带来的后果.3.1.2.2高性能环氧树脂MultifunctionalEpoxy传统的FR4对今日高性能的线板而言已经从心故有各种同的树脂与原有的环氧树脂混合以提升其基板之各种性质A.Novol
15、ac最早被引进的是酚醛树脂中的一种叫Novolac者由Novolac与环氧氯丙烷所形成的酯类称为EpoxyNovolacs见图3.4之反应式.将此种聚合物混入FR4之、树脂可大大改善其抗水性抗化性及尺寸安定性Tg也随之提高缺点是酚醛树脂本身的硬及脆性都很高而钻头加之抗化性能增强对于因钻孔而造成的胶渣Smear除去而造成多层板PTH制程之困扰.B.TetrafunctionalEpoxy另一种常被添加于FR4中的是所谓quot四功能的环氧树脂quotTetrafunctionalEpoxyResin.其与传统quot双功能quot环氧树脂同之处是具体空间架桥见图3.5Tg较高能抗较差的热环境且抗
16、溶剂性、抗化性、抗湿性及尺寸安定性也好很多而且会发生像Novolac那样的缺点.最早是美国一家叫Polyclad的基板厂所引进的.四功能比起Novolac来还有一种优点就是有好的均匀混合.为保持多层板除胶渣的方起见此种四功能的基板在钻孔后最好在烤箱中以160烤2-4小时使孔壁出的树脂产生氧化作用氧化后的树脂较容被蚀除而且也增加树脂进一步的架桥聚合对后来的制程也有帮助.因为脆性的关系钻孔要特别注意.上述两种添加树脂都无法溴化故加入一般FR4中会低其难燃性.3.1.2.3聚亚醯胺树脂PolyimidePIA.成份主要由Bismaleimide及MethyleneDianiline反应而成的聚合物见图3.6.B.优点电板对温的适应会愈来愈重要
