本文對(duì)近年新型、高端基板材料所用的特殊電解銅箔、特種樹(shù)脂,以及特種玻纖布的供應(yīng)鏈格局,以及對(duì)這三大材料新的性能需求,作以闡述。
2020 年初以來(lái),全球新冠疫情蔓延,造成了我國(guó)覆銅板原材料供需鏈格局,發(fā)生了嚴(yán)重變化。5G 開(kāi)展以來(lái),高頻高速電路用覆銅板、高度HDI 及IC 封裝載板用基板材料在技術(shù)、性能、品種上也出現(xiàn)了很大的演變。面對(duì)這兩大重要變化,深入研究新型、高端的基板材料所用的電子銅箔、特種樹(shù)脂以及特種玻纖布的供應(yīng)鏈格局,以及對(duì)三大材料的新型性能需求,被看成是非常重要、急需進(jìn)行的工作。本文在這兩方面,作一些討論。
1.電解銅箔
1.1 各種低輪廓電解銅箔供給現(xiàn)況及其市場(chǎng)格局的新特點(diǎn)
全球高頻高速電解銅箔的2019 年市場(chǎng)的規(guī)模,以及格局(各國(guó)家/地區(qū)、各主要廠家市場(chǎng)占有率情況),見(jiàn)圖1、表1 所示。
表1、2018 年、2019 年高頻高速電路用低輪廓銅箔市場(chǎng)格局的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)
表1、2018 年、2019 年高頻高速電路用低輪廓銅箔市場(chǎng)格局的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)
從圖1、表1 所得知:全球的低輪廓銅箔產(chǎn)銷量(即市場(chǎng)規(guī)模)2019 年估測(cè)增加49.8%,達(dá)到5.3 萬(wàn)噸。估測(cè)占全球電解銅箔總量的7.6%。2019 年全球高頻高速電解銅箔產(chǎn)銷量中,RTF 與VLP+HVLP 產(chǎn)銷量比例約為:77:23。但未來(lái)幾年VLP+HVLP 所占比例數(shù)有增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
在2019 年,在中國(guó)大陸內(nèi)資及外資銅箔企業(yè)產(chǎn)出各類低輪廓銅箔總計(jì)為7580 噸,其中內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)量占51.2%(3880 噸)。內(nèi)資企業(yè)低輪廓電解銅箔產(chǎn)銷量,占整個(gè)內(nèi)資企業(yè)電子電路銅箔產(chǎn)量(14.4 萬(wàn)噸)的2.7%。在2019 年國(guó)內(nèi)內(nèi)資企業(yè)實(shí)現(xiàn)VLP+HVLP 品種實(shí)現(xiàn)可以量產(chǎn)的新突破,但生產(chǎn)及銷售此類低輪廓銅箔的量甚少,僅占全球此類電解銅箔產(chǎn)銷總量的2.3%。
1.2 高頻高速電路用低輪廓電解銅箔品種及性能需求的差異化新特點(diǎn)
1.2.1 對(duì)應(yīng)不同傳輸損耗等級(jí)高頻高速覆銅板的電解銅箔品種及低輪廓度性
為了追求高頻高速電路具有更好信號(hào)完整性(Signal Integrity,縮寫SI),覆銅板要實(shí)現(xiàn)(特別在高頻下實(shí)現(xiàn))更低的信號(hào)傳輸損耗性能。這需要覆銅板在制造中所采用的導(dǎo)體材料--銅箔,具有低輪廓度的特性。即覆銅板制造中采用銅箔是低Rz、低Rq 等品種。
可以按四個(gè)信號(hào)傳輸損耗的等級(jí),對(duì)應(yīng)采用的各種低輪廓銅箔品種、Rz 要求及其主要廠家牌號(hào)情況,見(jiàn)表2 所示。表2 中還所列出了各品種低輪廓銅箔在基材傳輸損耗等級(jí)覆銅板中需要量的排名。
表2、對(duì)應(yīng)不同傳輸損耗等級(jí)高頻高速覆銅板的幾種電解銅箔Rz 指標(biāo)范圍
1.2.2 不同應(yīng)用領(lǐng)域下的低輪廓電解銅箔性能的差異化
高頻高速電路用低輪廓電解銅箔的品種類別,按應(yīng)用領(lǐng)域劃分為五大類。即剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔;高速數(shù)字電路用低輪廓電解銅箔;撓性PCB 用低輪廓電解銅箔;封裝載板用低輪廓電解銅箔;厚銅PCB 用低輪廓電解銅箔。這五大應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)高頻高速電路用低輪廓電解銅箔,在性能要求上有著不同的特點(diǎn),即表現(xiàn)在性能項(xiàng)目上有所側(cè)重、性能指標(biāo)上有所差異等。
五大應(yīng)用領(lǐng)域用低輪廓電解銅箔品種在性能需求及其差異,表現(xiàn)在如下幾方面:
(1)剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔
剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔,在不同應(yīng)用頻率條件下的相對(duì)差別更明顯。在銅箔性能對(duì)基板的Dk 均勻一致性、信號(hào)傳輸損失性、處理層無(wú)鐵磁性元素存在,PIM(Passive Inter- modulation,無(wú)源互調(diào))等影響因素方面,要求更為嚴(yán)格。
為此,高檔的射頻-微波電路基板(如毫米波車載雷達(dá)用基板)所用的銅箔,一般要求表面處理需采用純銅處理工藝,以支持減少無(wú)源互調(diào)(PIM),實(shí)現(xiàn)覆銅板的低PIM性,參考指標(biāo):達(dá)到- 158dBc~- 160dBc 以下。銅箔處理層實(shí)現(xiàn)無(wú)砷化。
同時(shí),這類銅箔由于樹(shù)脂基材的不同,在選擇不同Rz 銅箔品種方面,差異性很大。
剛性射頻/微波電路用低輪廓電解銅箔在銅箔的厚度規(guī)格方面,一般多采用 :18μm、35μm、70μm ,而高端極低或超低輪廓銅箔,厚度規(guī)格多用:9μm、12μm、18μm品種。
(2)高速數(shù)字電路用低輪廓電解銅箔
高速數(shù)字電路用低輪廓銅箔的應(yīng)用市場(chǎng),絕大多數(shù)定位在頻率一般在厘米波(3~30GHz)范圍。它的主要應(yīng)用終端是高中端服務(wù)器等。這類銅箔的性能,對(duì)基板的插損、基板加工性等有著更重要的影響,為此有側(cè)重的嚴(yán)格要求。同時(shí),銅箔的薄形規(guī)格、低成本化也是重要的要求。高速數(shù)字電路用低輪廓電解銅箔在銅箔的厚度規(guī)格方面,一般多采用:18μm、35μm、70μm , 而高端極低或超低輪廓銅箔,厚度規(guī)格多用:9μm、12μm、18μm 品種。
筆者對(duì)許多低Rz 的各類銅箔品種(包括HVLP、VLP、RTF 等品種)的非壓合面的輪廓度情況作了調(diào)查、比對(duì),所得導(dǎo)的結(jié)論是:在同一檔次品種牌號(hào)中,凡是在SI 性表現(xiàn)得較比更好的品種,它的非壓合面輪廓度(以Rz或Ra 表示)一般都是較低的。例如,某外資企業(yè)的一款RTF 銅箔產(chǎn)品,它的Rz=3.0μm(典型值),而非壓合面為Rz=3.5μm。因此,無(wú)論是射頻/微波電路基板,還是高速數(shù)字電路基板,它們?yōu)樽非蟾玫腟I 性,也需求所用的第輪廓度銅箔的非壓合面的Rz(或Ra、Rq),也具有很低的輪廓度。
當(dāng)前,高速數(shù)字電路用低輪廓銅箔一大重要類別,是反轉(zhuǎn)銅箔(RTF)。近年樹(shù)脂日本、中國(guó)臺(tái)灣等銅箔企業(yè)在RTF 銅箔技術(shù)上的進(jìn)步,它的Rz 小于2.5μm 的許多品種已經(jīng)問(wèn)世,甚至Rz 小于2.0μm 的品種也已經(jīng)出現(xiàn)。這樣也使得它的應(yīng)用市場(chǎng),以及全球高速數(shù)字電路用低輪廓銅箔市場(chǎng)規(guī)模的品種比例,也得到迅速的擴(kuò)大。
當(dāng)前,全球銅箔低輪廓電解銅箔制造業(yè)界,在剛性射頻/微波電路用銅箔與高速數(shù)字電路用銅箔品種方面,更趨于性能的同一化。例如,盧森堡電路銅箔有限公司(CircuitFoil)在2019 年間實(shí)現(xiàn)大生產(chǎn)的超低輪廓銅箔BF- NN/BF- NN- HT。此品種實(shí)現(xiàn)了“兩兼容”:其一,由原有的BF- ANP 銅箔只用于PTFE 樹(shù)脂類型基材,發(fā)展到“包括聚苯醚(PPE/PPO)基樹(shù)脂系統(tǒng)。也適用于純或改性氟聚合物(PTFE)樹(shù)脂系統(tǒng)。”其二,實(shí)現(xiàn)即可在射頻微波電路基板上應(yīng)用,也適于高速數(shù)字電路基板中采用。
(3)撓性PCB 用低輪廓電解銅箔
撓性PCB 用低輪廓電解銅箔,由于制造微細(xì)線路的需要,多采用極薄銅箔(無(wú)載體)。這類品種的目前最低厚度規(guī)格已經(jīng)達(dá)到6μm,例如福田金屬箔粉株式會(huì)社的CF- T4X- SV6、CF- T49A- DS- HD2;以及三井金屬株式會(huì)社的3EC- MLS- VLP (厚度最低7μm)。
撓性PCB 用低輪廓電解銅箔還要求銅箔具有高的抗拉強(qiáng)度,較高的延伸率。蝕刻后基膜優(yōu)異透明性,也是此銅箔市場(chǎng)的重要需求項(xiàng)目。
高頻化撓性PCB 用低輪廓電解銅箔近年開(kāi)始走向低輪廓度化?,F(xiàn)業(yè)界中已經(jīng)出現(xiàn)不少Rz 小于1.0um 品種。例如,三井金屬TQ- M4- VSP Rz≤0.6 (典型值);福田金屬CF- T4X- SV Rz=1.0(典型值,規(guī)格9/12/18);福田金屬CF- T49A- DS- HD2,Rz=1.0 μm(典型值)(規(guī)格6/9/12/18);日進(jìn)ISP,Rz≤0.55(典型值)。
(4)IC 封裝載板用低輪廓電解銅箔
封裝載板(包括模塊基板)要求的低輪廓電解銅箔應(yīng)具有高溫下(210℃/1h 處理后)的高抗拉強(qiáng)度性、高熱穩(wěn)定性、高彈性模量、高剝離強(qiáng)度。它的厚度規(guī)格為5.0μm~12μm。并且近年高端IC 封裝載板用銅箔的厚度規(guī)格正向著更極薄化發(fā)展,即厚度達(dá)到1.5μm~3μm。
封裝載板(包括模塊基板)近年也出現(xiàn)高頻高速化的需求。因此,近年出現(xiàn)了更多的封裝載板用低輪廓電解銅箔品種。例如:三井金屬的3EC- M2S- VLP (無(wú)載體),Rz≤1.8 μm (典型值);210℃/1h 后的抗拉強(qiáng)度51kgf/mm2 ;延伸率4.6%;銅箔最薄規(guī)格9μm。三井金屬的MT18FL(有載體),Rz≤1.3μm ,形成電路銅箔的規(guī)格1.5、2、3μm。日進(jìn)材料有限公司的LPF(無(wú)載體),Rz≤1.72(典型值),210℃/1h 后的抗拉強(qiáng)度52.3kgf/mm2 ;延伸率3.7%;銅箔最薄規(guī)格9μm。
(5)大電流厚銅PCB 用低輪廓電解銅箔
厚度規(guī)格≥105um (3oz) 的大電流厚銅PCB 用低輪廓電解銅箔,常用規(guī)格 :105、140、175、210μm。還有特殊厚度要求的超厚電解銅箔,厚度規(guī)格達(dá)到350μm(10oz)、400μm(11.5oz)。
大電流厚銅PCB 用低輪廓電解銅箔,主要用于大電流、電源基板、高散熱電路板的制造。所制出的厚銅PCB 主要應(yīng)用于汽車電子、電源供應(yīng)器、大功率工業(yè)控制設(shè)備、太陽(yáng)能設(shè)備等。近年來(lái)PCB 的導(dǎo)熱性能,越來(lái)越成為普遍的重要的功能之一。超厚銅箔的市場(chǎng)需求在不斷擴(kuò)大。同時(shí)由于厚銅PCB 的微細(xì)線路制造技術(shù)及應(yīng)用也得到發(fā)展,它需求所采用的超厚銅箔也兼?zhèn)涞洼喞忍匦浴@?,三井金屬RTF 型低輪廓厚銅箔:MLS- G(Ⅱ型),Rz=2.5μm (產(chǎn)品典型值)。盧森堡TW- B,Rz≤4.2μm(產(chǎn)品指標(biāo))。
1.3 IC 封裝載板用超薄電解銅箔的應(yīng)用市場(chǎng)擴(kuò)大與性能需求
近期一篇來(lái)自海外PCB 專家撰寫的論文,對(duì)超薄、低輪廓銅箔的應(yīng)用市場(chǎng)及應(yīng)用性能要求作了較精辟的闡述。文中提出:“自2017 年后,HDI 板開(kāi)始大量采用在IC 載板產(chǎn)品上已經(jīng)是普遍應(yīng)用的線路電鍍工藝。這種工藝被稱為半加成法工藝(SAP),是利用線路電鍍技術(shù),以滿足IC 載板小于15 μm 的線路結(jié)構(gòu)需求,這種工藝在一般HDI 板尚未采用,不 過(guò)利用超薄銅皮做半加成技術(shù)(mSAP)的調(diào)整后,已經(jīng)成為HDI 制造的主流工藝。”
“IC 載板運(yùn)用的半加成法(SAP)與類載板(SLP)的帶銅箔半加成法(mSAP)的差異在于加工的板材是否是預(yù)壓超薄銅箔。目前市場(chǎng)通常情況下,成熟的SAP 工藝加工的都是ABF 薄膜材料,采用全板沉銅工藝,這并不適合現(xiàn)存多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)置;因此就催生了改良型方案,即帶超薄銅箔的半加成工藝技術(shù)。”
文中給出了帶超薄銅箔的半加成法(mSAP)的工藝路線對(duì)比圖(見(jiàn)圖2),筆者在此上標(biāo)出了“預(yù)壓超薄銅箔”的位置,以便讀者有明晰的了解。
該文提出:“帶銅箔半加成法工藝的關(guān)鍵就是使用了載體銅,這有助于銅箔的抗剝離強(qiáng)度穩(wěn)定且加強(qiáng)纖維的支撐。”但是,文中也同時(shí)提到了采用壓合法覆在基材上的超薄銅箔,在微細(xì)電路、微孔激光加工中所應(yīng)達(dá)到的幾項(xiàng)重要性能。它主要包括:較高的并穩(wěn)定的銅箔抗剝離強(qiáng)度、超薄銅箔的厚度均勻性、低表面粗糙度、銅箔光面上適宜的抗氧化涂層、微細(xì)線路的蝕刻性等。其中,銅箔抗剝離強(qiáng)度是最重要的性能項(xiàng)目。
二、特種樹(shù)脂
2.1 覆銅板對(duì)特種樹(shù)脂有共同性與差異性要求
覆銅板制造業(yè)對(duì)特種樹(shù)脂品種、性能的需求,有共同性方面的要求,也有不同應(yīng)用領(lǐng)域板型對(duì)樹(shù)脂性能要求的差異性。
高端覆銅板對(duì)特性樹(shù)脂的共性方面性能要求,包括了:樹(shù)脂性能指標(biāo)的均一性、高性價(jià)比性、進(jìn)行改性及性能控制的高自由度性等。
按照不同的基板材料大類別,劃分為剛性覆銅板、撓性覆銅板、封裝載板用覆銅板等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。各領(lǐng)域在品種、性能的需求上,有在不同型基材上應(yīng)用的關(guān)鍵樹(shù)脂性能項(xiàng)目與指標(biāo)的差異性。即使是一類的板材,也由于有不同性能的等級(jí),對(duì)樹(shù)脂的要求標(biāo)準(zhǔn)也有所不同。
樹(shù)脂制造廠商認(rèn)清、識(shí)透覆銅板對(duì)特種樹(shù)脂的差異性要求,就能把握好本企業(yè)的樹(shù)脂產(chǎn)品的個(gè)性化、客制化,發(fā)展產(chǎn)品系列化、特性化,擴(kuò)大產(chǎn)品的市場(chǎng)深度與廣度。
2.2 高頻高速覆銅板用特種樹(shù)脂需求現(xiàn)況的要求
Low Loss(低損耗)等級(jí)以上(基材Df≤0.008)的高頻高速電路用覆銅板,所用的主流樹(shù)脂組成工藝路線有兩條:一條是PTFE為代表的熱塑性樹(shù)脂體系構(gòu)成的工藝路線;另一條是以碳?xì)錁?shù)脂或者改性聚苯醚樹(shù)脂為代表的熱固性樹(shù)脂體系構(gòu)成的工藝路線。
在熱固性樹(shù)脂體系構(gòu)成的第二條工藝路線中,目前是以“PPO 為主體+ 交聯(lián)劑[交聯(lián)劑可為雙馬酰亞胺樹(shù)脂、三烯丙基三異氰酸脂(TAIC)、碳?xì)錁?shù)脂等]”占為主流路線。同時(shí),高頻高速電路用覆銅板用樹(shù)脂組成設(shè)計(jì)技術(shù)近幾年還不斷推進(jìn),更發(fā)展成多樣化。出現(xiàn)了以改性馬來(lái)酰亞胺(雙、多官能團(tuán)型)為主樹(shù)脂的工藝路線;以特種環(huán)氧樹(shù)脂(雙環(huán)戊二烯型、聯(lián)苯醚型等)+ 苯并噁嗪樹(shù)脂的工藝路線等構(gòu)成的極低損耗(Very Low Loss)等級(jí),以及在極低損耗等級(jí)以下的高頻高速電路用基材的覆銅板品種。
圖3統(tǒng)計(jì)了各不同信號(hào)傳輸損耗等級(jí)的覆銅板,采用的樹(shù)脂種類的統(tǒng)計(jì),見(jiàn)圖3 所示。表3 歸納所示了當(dāng)前高頻高速覆銅板所需用的關(guān)鍵樹(shù)脂材料及其國(guó)內(nèi)外主要供應(yīng)廠商。
我國(guó)在PTFE 型覆銅板用的PTFE 原液生產(chǎn)廠家有晨光(四川)、東岳、巨化、晨光科慕氟材料(上海)公司(晨光和杜邦的合資公司)、三愛(ài)富等。另外,江西中氟也在建設(shè)中。國(guó)內(nèi)的覆銅板用PTFE 液產(chǎn)量估計(jì)占全球總量的60%以上。
改性聚苯醚樹(shù)脂(PPO/PPE)作主樹(shù)脂制造的基板材料,在5G 通訊設(shè)備對(duì)應(yīng)的Very low loss 應(yīng)用領(lǐng)域,目前有著不可替代的作用。它大部分的終端產(chǎn)品是基站設(shè)施的服務(wù)器等。5G 通訊的深入開(kāi)展,對(duì)PPO/PPE 需求也有著迅速的擴(kuò)大。我國(guó)廣東同宇已批量產(chǎn),山東圣泉、東材科技已進(jìn)入客戶試用、評(píng)價(jià)階段。
碳?xì)錁?shù)脂在高頻高速覆銅板發(fā)展中,無(wú)論是在品種、技術(shù)上,還是應(yīng)用的廣度、規(guī)模量上,都在基板材料業(yè)中得到快速的發(fā)展。碳?xì)錁?shù)脂、馬來(lái)酰亞胺(長(zhǎng)鏈)等還在半加法所制的高端HDI 板、封裝載板、模塊基板中采用的樹(shù)脂膜制造中得到應(yīng)用。我國(guó)在碳?xì)錁?shù)脂方面的創(chuàng)新研制、量產(chǎn)及應(yīng)用上,仍是短板需要迎頭趕上。
應(yīng)該看到,全球撓性基板材料,以及近年興起的PCB 用樹(shù)脂膜,都在樹(shù)脂材料上有重大改變。為覆銅板業(yè)配套的國(guó)內(nèi)樹(shù)脂企業(yè),應(yīng)適應(yīng)這兩大類基板材料新需求,在LCP晶高聚物、MPI(改性聚酰亞胺)樹(shù)脂、新型TPI 樹(shù)脂、改性雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂 (改性BMI)、特種環(huán)氧樹(shù)脂(苯氧樹(shù)脂等)。
2.3 未來(lái)高頻高速覆銅板用新型樹(shù)脂的發(fā)展展望
新一代高頻高速覆銅板用樹(shù)脂材料,在主要性能需求上有哪些?它的主流需求樹(shù)脂類別都有哪些?日本專家(來(lái)自新日鐵住金化學(xué)株式會(huì)社綜合研究所環(huán)氧樹(shù)脂材料中心的川辺正直)曾發(fā)表的長(zhǎng)篇文獻(xiàn)對(duì)上述提及的問(wèn)題,做了較深入的闡述。其要點(diǎn)歸結(jié)如下:
?。?)使用于高頻高速基板的覆銅板材料,根據(jù)高頻化應(yīng)用條件與PCB 的加工、裝聯(lián)的需求,它主要具備以下幾方面的性能:① 低介電損失;②高耐熱性;③優(yōu)良的粘接性(主要指基材樹(shù)脂與銅箔的粘接性);④低線性膨脹系數(shù);⑤低吸水性;⑥好的成型加工性;⑦阻燃性;⑧可靠性。在以上的各主要特性要求中,降低高頻信號(hào)的介電損失,是最為重要的項(xiàng)目。
(2)在高頻高速基板材料的樹(shù)脂體系的設(shè)計(jì)、選擇的最初階段,是選擇了易于實(shí)現(xiàn)低介電損失性的PTFE 熱塑性樹(shù)脂。像過(guò)去PCB 基材常用環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺(PI)樹(shù)脂,由于它們都有形成網(wǎng)狀成型所必需的極性基團(tuán),更低的介電損失性是難以達(dá)到的。但是,隨著高頻高速基板材料的應(yīng)用普及,它PTFE 樹(shù)脂型基板材料的實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的高成本性,限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。而極性低的化學(xué)結(jié)構(gòu)與高耐熱性同時(shí)兼?zhèn)涞暮蚁┗袒蜆?shù)脂,則越來(lái)越扮演了新一代高頻高速基板材料所用樹(shù)脂的重要(但不是唯一的)角色。
?。?)在高頻高速基板材料的樹(shù)脂體系設(shè)計(jì)中選擇的樹(shù)脂類別,除了優(yōu)先考慮它的低介電損失性外,還需考慮到PCB 制造工藝和加工性的性能需求,考慮在樹(shù)脂合成中的樹(shù)脂端基高度反應(yīng)性、多項(xiàng)性能可控性、與其他樹(shù)脂配合的溶劑溶解性的要求。而在此方面,含乙烯基固化型樹(shù)脂,具備了可實(shí)現(xiàn)低聚合物化的聚合官能基,以及可形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)基的同一結(jié)構(gòu)條件。
(4)該文獻(xiàn)提出了未來(lái)重點(diǎn)需求的低介電損失的含乙烯基固化型樹(shù)脂的三種類別品種:①雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂(BMI)。它具有剛直的酰亞胺環(huán),從而比環(huán)氧樹(shù)脂更高的耐熱性,更低的CTE 性,成形時(shí)不發(fā)生揮發(fā)性氣體。它已經(jīng)在高頻高速基板材料中得到應(yīng)用(文中列舉了日立化成等應(yīng)用實(shí)例)。② 環(huán)烯烴樹(shù)脂(Cyclo Olefin Polymers,COP,或稱:Cyclo Olefin Copoly- mers,COC)。它是由環(huán)磷烴類單體所合成的,主鏈為脂環(huán)構(gòu)造碳?xì)湎档姆菢O性聚合物。它是一種透明性、介電特性、耐熱性很優(yōu)秀的高分子材料。目前在進(jìn)一步解決它的粘接性較低的問(wèn)題后,很有望在PCB 用基板材料中得到更多的應(yīng)用(筆者注:臺(tái)灣某CCL 廠在2014 年已提出在高頻高速覆銅板中應(yīng)用COC的發(fā)明專利,如CN103772957A )。③聚二乙烯基苯(Polydivinylben-zene,PDVB)。近幾年來(lái)出現(xiàn)的一類新型樹(shù)枝狀大分子??赏ㄟ^(guò)它的多支化基元與其他聚合物成分進(jìn)行合成為固化型樹(shù)脂材料。業(yè)界已在具有多支化基元結(jié)構(gòu)、可溶性聚二乙烯基苯(PDVB)獲得很大的研究進(jìn)展。PDVB 有著與環(huán)烯烴聚合物同等優(yōu)秀的介電特性,同時(shí)它由于與其他高聚物樹(shù)脂有很好的相溶性,因此更具有很好的未來(lái)基板材料樹(shù)脂配方設(shè)計(jì)的自由度。原作者本人及他所供職的新日鐵住金化學(xué)株式會(huì)社,在近年發(fā)表了多篇采用這類聚二乙烯基苯樹(shù)脂制造的PCB基板材料的專利。
三、特種玻纖布
全球及我國(guó)覆銅板業(yè),當(dāng)前對(duì)于作為補(bǔ)強(qiáng)材料的玻纖布,出現(xiàn)兩大需求熱門。其一,是超薄或極薄型玻纖布;其二,低Dk 電子玻纖布。這樣兩方面熱門品種,主要市場(chǎng)在高頻高速覆銅板方面。
3.1 對(duì)超薄或極薄型玻纖布性能需求
采用極薄玻纖布成為一種趨勢(shì):現(xiàn)在像1067#(0.035mm)、106# (0.033mm)、1037#(0.027mm)電子布已得較廣泛的使用。而用于封裝載板、高端HDI 板、光模塊基板、高速電路基板、射頻-微波電路基板用的覆銅板及其半固化片材料制造中,開(kāi)始迫切需求選用極薄玻纖布。極薄玻纖布的主要型號(hào)為:1027#(0.019mm);1017#(0.014mm)。
采用極薄玻纖布的基板材料,目前更多的是應(yīng)用在兩大領(lǐng)域:一是5G 通信用的新型光模塊基板(屬于高速電路基板范疇),還有就是薄型化SiP 封裝基板中。
對(duì)極薄玻纖布的需求及其所突出貢獻(xiàn)的性能功效,我們可舉臺(tái)灣某覆銅板企業(yè)新問(wèn)世的某牌號(hào)覆銅板為例。(注此產(chǎn)品,分別歸在該公司“高速基板”及“封裝載板”兩類基板材料類別中。)該覆銅板產(chǎn)品及半固化片強(qiáng)調(diào)采用極薄玻纖布(1017#、1027# 等)有著適于制作薄型化基板的特點(diǎn)。面板及預(yù)浸料的產(chǎn)品厚度最薄可做到0.0012 英寸(0.03 毫米)。用于高可靠性多層基板,或適于SiP 封裝、射頻和超薄HDI 板的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。其中,突出的基材性能特點(diǎn)是:具有高彈性模量、高可靠性和低Dk/Df、低損耗的電氣性能。實(shí)現(xiàn)PCB 基板的嚴(yán)格X,Y 尺寸穩(wěn)定性,低的板變形,可經(jīng)受歷過(guò)度苛刻的環(huán)境工作。
由此可見(jiàn),超薄玻纖布及極薄玻纖布,不僅要承擔(dān)不可替代的基材“薄型化”的重任,還由于它的“薄”、“密”的自身特點(diǎn),在降低信號(hào)傳輸損失(減少導(dǎo)線之間的時(shí)鐘偏移、導(dǎo)線阻抗面分布精度、提高PP 的樹(shù)脂含量等)、提高彈性模量(以實(shí)現(xiàn)尺寸穩(wěn)定性、減少板材熱加工中的翹曲度等)、提高基板可靠性等基板性能上發(fā)揮功效。
3.2 對(duì)低Dk 玻纖布應(yīng)用效果的調(diào)查和討論
對(duì)低Dk 電子玻纖布(以下簡(jiǎn)稱LD 布)應(yīng)用現(xiàn)況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表4)表明,全球大中型高頻高速覆銅板市場(chǎng)企業(yè)中,現(xiàn)已提出了約共有二十多個(gè)品種的采用了LD 布的此類覆銅板產(chǎn)品品種。表4 中收集了17 對(duì)的樹(shù)脂配方同一的采用E 布、LD 布“雙伴”品種。以及為達(dá)到更低的Df 及低傳輸損失所單獨(dú)開(kāi)發(fā)的三種LD 布品種。
從國(guó)外主要低Dk 玻纖布生產(chǎn)廠商的LD布的Df 相對(duì)下降率看:LD 布與常規(guī)E 布相比 ,LD 布比E 布的Dk 與Df 分別下降了28.8%(Dk)、47.0%(Df)(見(jiàn)表5)。下面,我們研究下在LD 布上涂布樹(shù)脂膠后,制作的各品種牌號(hào)的LD 布的Df 相對(duì)下降率的問(wèn)題。
從國(guó)外主要低Dk 玻纖布生產(chǎn)廠商的LD布的Df 相對(duì)下降率看:LD 布與常規(guī)E 布相比 ,LD 布比E 布的Dk 與Df 分別下降了28.8%(Dk)、47.0%(Df)(見(jiàn)表5)。下面,我們研究下在LD 布上涂布樹(shù)脂膠后,制作的各品種牌號(hào)的LD 布的Df 相對(duì)下降率的問(wèn)題。
從表6 的結(jié)果可以得到:若以E 布CCL的Df 值(A)作為比對(duì)的“標(biāo)準(zhǔn)線”,其可以得到:(1)采用LD 布CCL 的Df(B)的下降率,在E 布CCL 的Df 值(A)不同檔次中,沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,即沒(méi)有Df 值(A)越大,下降率越大(或越小)的關(guān)系。(2)從各廠家LD 布CCL 的Df 下降率的分布范圍(分散性)的變化趨勢(shì)看,當(dāng)E 布CCL 的Df 值(A)越小,各廠家品種的下降率分布范圍越大 (如對(duì)應(yīng)E布CCL 的Df 為0.003~0.0029 檔次中,下降率分布范圍為52~17%,各廠家的下降率相差甚大)。(3)在對(duì)應(yīng)E 布CCL 的Df 值(A)的各檔次中,各廠家LD 布CCL 的Df 下降率,相差很大。以上結(jié)果,都反映了不同廠家在高頻高速CCL 的樹(shù)脂組成配方的不同、選擇LD 布品種與使用方式、半固化片及CCL制造工藝水平等的不同,也造成了使用低Dk玻纖布上的降低Df 效果(其實(shí)還包括制造成本的效果)的差異。
這種使用LD 布的技術(shù)水平與效果的差異,需要生產(chǎn)LD 布的廠商及使用LD 布的覆銅板廠商,共同的努力,才可得到在技術(shù)與經(jīng)營(yíng)上的更好收益。