新材料助推PCB基板薄型化
來源:龍人計(jì)算機(jī)研究所 作者:中國電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)信息部主任 祝大同 時(shí)間:2007-09-06 08:50:41
電子產(chǎn)品的薄、輕、小型化不斷發(fā)展促使印制電路板(PCB)的薄型化發(fā)展,這也使得基板材料追求薄型化,在覆銅板業(yè)中已成為研發(fā)、應(yīng)用上的熱點(diǎn),并且這一熱點(diǎn)將持續(xù)多年。
薄型環(huán)氧-玻纖布基板成熱點(diǎn)
HDI多層板自20世紀(jì)90年代初問世和興起時(shí),就與當(dāng)時(shí)的薄型化基板材料創(chuàng)新成果結(jié)下不解之緣。HDI多層板發(fā)展始終靠著“微孔、細(xì)線、薄層”三大技術(shù)作為支撐和推動(dòng)。其中,不僅它的薄層化技術(shù)主要是依靠基板材料來實(shí)現(xiàn),就連它的微孔化(激光微孔加工等)的實(shí)施好壞,也很大程度上取決于薄型基板材料。
在HDI多層板發(fā)展初期,為滿足上述性能要求,構(gòu)成它的絕緣層的主要薄型基板材料品種是感光性樹脂涂層、熱固性樹脂涂層(或其產(chǎn)品形式為絕緣膜)、涂樹脂銅箔(RCC)等。此段時(shí)期,在適宜薄形HDI多層板用基板材料的“隊(duì)列”中,由于制造技術(shù)所限很難找到環(huán)氧-玻纖布基板材料的“身影”。而在近幾年HDI多層板市場情況發(fā)生了很大的變化,薄型環(huán)氧-玻纖布基板材料從爭得了HDI多層板用基板材料市場的“一席之地”,已逐漸演變成為市場“主角”。
據(jù)有關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),近幾年環(huán)氧-玻纖布基板材料在HDI多層板中得到越來越廣泛的應(yīng)用,在2000年時(shí),它只占整個(gè)HDI多層板用基板材料市場總量的4%,而到2005年已迅速發(fā)展到占40.4%,預(yù)測到2007年其所占的比例將會(huì)超過50%,2010年它在HDI多層板用基板材料市場上的占有率可達(dá)到60%以上。環(huán)氧-玻纖布基板材料這一市場的“從無到有,從小到大,從輔到主”的變化,很值得研究和注意。
三大應(yīng)用市場要求各異
當(dāng)前,薄型環(huán)氧-玻纖布基板材料主要有三大應(yīng)用市場:攜帶型電子產(chǎn)品;IC封裝基板;替代部分原有撓性覆銅板(FCCL)的撓性印制電路板市場。薄型環(huán)氧-玻纖布基板材料在主要性能上與一般厚度的環(huán)氧-玻纖布基板材料有所差異,它有著自己獨(dú)特的性能特點(diǎn)。同時(shí),不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)λ男阅芤蠹捌鋫?cè)重面也有所不同。
近年來,攜帶型電子產(chǎn)品所用的HDI多層板,在不斷追求薄型化中對(duì)它的基板材料的薄型化和其性能保證有著更高的依賴性。以手機(jī)為例,近兩三年間手機(jī)主板厚度,一般是1層平均為0.1mm厚,即大都為6層0.6mm厚。隨著手機(jī)主板的不斷薄型化,在2006年間,8層厚度只有0.5mm的極薄型手機(jī)主板開始正式進(jìn)入市場。
實(shí)現(xiàn)手機(jī)主板的薄型化,需要克服基板剛性低的問題;鍎傂云停瑫(huì)導(dǎo)致PCB制造時(shí)工藝操作性降低;在基板經(jīng)回流焊爐等高溫加熱時(shí)易產(chǎn)生更大的翹曲、變形;在元器件安裝時(shí)也易于使可靠性下降;制成的PCB抗跌落沖擊性差等。除此以外,隨著手機(jī)用PCB更加追求薄形化,也給基板材料的絕緣可靠性、平整性、尺寸穩(wěn)定性等性能項(xiàng)目提出更高和更嚴(yán)的要求。
減小IC封裝的厚度,主要依賴于它的薄型化有機(jī)封裝基板材料來實(shí)現(xiàn)。由于封裝用基板材料更薄,再加上出于IC封裝基板追求更加窄間距化、多引腳化,使得確保薄型基板材料的層間絕緣性問題更為突出,特別是要解決薄型基板材料易出現(xiàn)的金屬離子遷移(CAF),造成絕緣可靠性下降的問題。
封裝用薄型基板材料的另一個(gè)關(guān)鍵性能要求是它的高剛性。提高基板材料的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)確保IC芯片搭載時(shí)的強(qiáng)度(防止基板塌陷),在安裝加工時(shí)降低基板所產(chǎn)生的翹曲度,以及便于操作等都是十分必要的。在IC芯片搭載時(shí)需要在基板上植入焊球,很多在基板上采用倒芯片的安裝,因此還要求這類基板材料具有表面高平滑性。
近兩三年,薄型環(huán)氧-玻纖布基板材料已“滲透”到撓性印制電路板的新應(yīng)用領(lǐng)域。這一新市場之所以獲得了較快的開拓,其原因來自兩方面:一方面是環(huán)氧-玻纖布基板材料在提高極薄性、耐撓曲性等方面技術(shù)有所突破;另一方面,在撓性PCB、剛-撓性PCB制造中采用薄型環(huán)氧-玻纖布基板材料,是對(duì)撓性PCB性能改善、提高的迫切需求。
為了實(shí)現(xiàn)攜帶型電子產(chǎn)品的小型化,除了PCB需要進(jìn)一步推進(jìn)高密度布線外,近年在PCB形態(tài)上也出現(xiàn)了由原來采用平面的元器件二維安裝剛性基板,向著三維安裝為特點(diǎn)、采用撓性基板(FPC)的方向轉(zhuǎn)變,這樣就可縮小元器件及基板在整機(jī)產(chǎn)品內(nèi)部所占的空間。與此同時(shí),三維安裝的FPC與剛性多層板相組合的剛-撓性基板技術(shù),近年得到了迅速應(yīng)用。
這種適于剛-撓性PCB制造的薄型環(huán)氧-玻纖布基板材料,在性能上主要表現(xiàn)在具有較高的耐彎曲性。同時(shí),還需要具有低膨脹率(主要指面方向)、高耐吸濕性、高耐熱性。如日本日立化成公司2006年開發(fā)成功并進(jìn)入市場的這類基板材料(CCL牌號(hào)為:TC-C-100),采用20μm以下超極薄玻纖布及低模量樹脂制成,板的厚度在50μm以下。它的模量只有一般FR-4的一半。因有玻纖布作補(bǔ)強(qiáng),板的尺寸變化率(主要指面方向)可達(dá)到0.01±0.03%,比PI基膜構(gòu)成的FCCL要小1/3—1/2。
原材料發(fā)展助推產(chǎn)業(yè)
實(shí)現(xiàn)基板材料薄型化是覆銅板技術(shù)綜合提升的體現(xiàn)。這里不但是基板材料在樹脂工藝配方設(shè)計(jì)、浸漬工藝技術(shù)、測試技術(shù)等方面需要有所創(chuàng)新,還需要電子玻纖布、電解銅箔、無機(jī)填料、環(huán)氧樹脂等有更多新品問世,在性能上滿足薄型基板材料的新要求。
極薄型玻纖布制造技術(shù),涵蓋了紡紗技術(shù)(包括低捻、無捻紗制造技術(shù))、織布技術(shù)(用紗的設(shè)計(jì)、織布密度等)、開纖扁平等物理加工技術(shù)、表面處理技術(shù)等。
薄型基板材料的一些關(guān)鍵性能的實(shí)現(xiàn),在很大程度上依托于各種原材料的性能提高。例如,它的絕緣可靠性提高需要高性能的極薄玻纖布(如降低經(jīng)緯紗圍出的孔隙面積、所用紗進(jìn)行扁平化加工,玻纖布實(shí)現(xiàn)開纖化、采用新型處理劑技術(shù)等)、低輪廓銅箔(運(yùn)用新的電解工藝及表面瘤化處理技術(shù)等)、高性能的環(huán)氧樹脂(提高樹脂純度;改性樹脂,提高其介電性、耐濕性;提高樹脂與其他組成成分的相溶性、存儲(chǔ)穩(wěn)定性等)等。再例如,薄型基板材料機(jī)械性能的提高,需要選擇適宜的無機(jī)填充料作配合,也需要有更理想的高剛性改性環(huán)氧樹脂等。因此,薄型基板材料技術(shù)的研發(fā),不僅對(duì)覆銅板制造業(yè)的整體技術(shù)水平是個(gè)“質(zhì)”的飛躍,還驅(qū)動(dòng)了覆銅板用原材料——包括玻纖布、基體樹脂(主要指環(huán)氧樹脂)、樹脂固化劑、各種樹脂助劑、銅箔、無機(jī)填充料,以及基板材料的測試技術(shù)、設(shè)備制造技術(shù)(主要指上膠設(shè)備技術(shù))等快速發(fā)展。
相關(guān)鏈接
極薄玻纖布重在應(yīng)用
薄型基板材料所需的極薄玻纖布,早在20世紀(jì)90年代末期進(jìn)入市場,像日東紡織公司、旭硝子公司等電子薄型玻纖布已開始推向市場(如日東紡織公司的50μm型SP玻纖布,旭硝子公司的50μm型MS玻纖布)。
21世紀(jì)初,在開發(fā)、生產(chǎn)20μm以下的超極薄玻纖布時(shí),超細(xì)、無捻玻纖紗的制造以及布的縱方向扁平加工已成為攻克此技術(shù)課題的兩大“瓶頸”。到目前為止,日本有的廠家已可以批量提供13μm超極薄玻纖布。近年,電子玻纖布及覆銅板業(yè)界都開始更深刻地認(rèn)識(shí)到:極薄玻纖布的技術(shù)體現(xiàn),并非是在將布做得極薄方面,其水平的真諦在于將這種極薄布制成高織造密度、高均勻一致性,并具備有助于所制薄型基板材料絕緣可靠性、機(jī)械強(qiáng)度有更大提高的方面。