覆銅箔層壓板

覆銅箔層壓板(Copper Clad Laminate,CCL)是將電子玻纖布或其它增強材料浸以樹脂,一面或雙面覆以銅箔並經熱壓而製成的一種板狀材料,簡稱為覆銅板。各種不同形式、不同功能的印製電路板,都是在覆銅板上有選擇地進行加工、蝕刻、鑽孔及鍍銅等工序,製成不同的印製電路。對印製電路板主要起互連導通、絕緣和支撐的作用,對電路中信號的傳輸速度、能量損失和特性阻抗等有很大的影響,因此,印製電路板的性能、品質、製造中的加工性、製造水平、製造成本以及長期的可靠性及穩定性在很大程度上取決於覆銅板。

一、覆銅箔層壓板概論

1.1 定義

覆銅箔板是將電子玻纖布或其它增強材料浸以樹脂,一面或雙面覆以銅箔並經熱壓而製成的一種板狀材料,被稱為覆銅箔層壓板(Copper Clad Laminate,CCL),簡稱為覆銅板
覆銅板是印製電路板極其重要的基礎材料,各種不同形式、不同功能的印製電路板,都是在覆銅板上有選擇地進行加工、蝕刻、鑽孔及鍍銅等工序,製成不同的印製電路(單面、雙面、多層)。
覆銅板作為印製電路板製造中的基板材料,對印製電路板主要起互連導通、絕緣和支撐的作用,對電路中信號的傳輸速度、能量損失和特性阻抗等有很大的影響,因此,印製電路板的性能、品質、製造中的加工性、製造水平、製造成本以及長期的可靠性及穩定性在很大程度上取決於覆銅板。
覆銅板製造行業是一個朝陽工業,它伴隨電子信息、通訊業的發展,具有廣闊的發展前景,其製造技術是一項多學科相互交叉、相互滲透、相互促進的高新技術。它與電子信息產業,特別是與印製電路行業同步發展,不可分割。它的進步與發展,一直受到電子整機產品、半導體製造技術、電子安裝技術及印製電路板製造技術的革新與發展所驅動。

1.2 分類

從總體上說,覆銅板可分為剛性覆銅板和撓性覆銅板兩大類。
1.2.1剛性覆銅板
1.2.1.1按覆銅板不同的絕緣材料及其結構劃分,可分為有機樹脂覆銅板、金屬基(芯)覆銅板及陶瓷基覆銅板。
1.2.1.2按覆銅板的厚度劃分,可分為常規板和薄型板。
1.2.1.3按覆銅板採用的增強材料劃分,可分為電子玻纖布基覆銅板、紙基覆銅板及複合基覆銅板。
1.2.1.4按覆銅板採用的絕緣樹脂劃分,則用某種樹脂就稱為某樹脂覆銅板。如環氧樹脂覆銅板、聚酯樹脂覆銅板及氰酸酯樹脂覆銅板等等。
此外,還有按照阻燃等級及某些特殊性能劃分的特殊剛性覆銅板。
1.2.2撓性覆銅板
目前,撓性覆銅板分為聚酯薄膜型(阻燃與非阻燃)、聚醯亞胺薄膜型(阻燃、非阻燃、二層法與三層法)及極薄電子玻纖布型等三種。

1.3 主要用途

傳統的覆銅板主要是用來製造印製電路板,以供對電子元器件起到支撐和互相連線、互相絕緣的作用,被稱為印製電路板的重要基礎材料。它是所有電子整機,包括航空、航天、遙感、遙測、遙控、通訊、計算機、工業控制、家用電器、甚至高級兒童玩具等等一切電子產品,都不可缺少的重要電子材料。隨著科技水平的不斷提高,近年來有些特種電子覆銅板也用來直接製造印製電子元件。
由於電子產品的小型、輕量及薄型化,迫使印製電路板必須具備各種高質量、高技術特性,使印製電路板製造技術直接涉及到當代多種高新技術,其主要、最重要的材料——覆銅板,也就必須隨之具備各種高質量和高技術特性。
因此,覆銅板在電子信息產業中的地位就顯得越來越重要。

二、中國大陸覆銅板生產發展概況

2.1 生產發展簡史

中國大陸覆銅板工業從上個世紀五十年代中期誕生至今,已經有五十多年的發展史。如今中國大陸已成為全球覆銅板第一生產大國。這數十年是一個不斷創新、不斷追求、高速發展的歷史。縱觀發展歷程,基本上可分為四個階段。
2.1.1 第一階段:創業起步階段(1955~1978年)
1955年下半年,中國大陸電子工業第十研究所的科技人員創造出一種製造覆銅板的簡陋工藝。用這種工藝生產的覆銅板是將銅箔貼上在事先塗覆了酚醛改性聚乙烯醇縮甲醛的絕緣紙板上,然後再經層壓加工而製成的。
後來為了滿足覆銅板進一步研製的需要,玻纖行業一些生產玻纖布的廠家積極配合研製覆銅板專用玻纖布,輕工部的造紙廠開始研製覆銅板專用紙,並取得了可喜成績。這一時期像國營七0四廠及北絕廠等一些規模稍大的廠家,與這些原材料廠家緊密配合,無償地、及時地進行了無數次工藝套用試驗。因為當時中國大陸電子工業發展緩慢,印製電路板的製造水平低,對覆銅板的需求量小,技術要求也不高,所以,上述原材料基本上能滿足覆銅板生產的最低要求。
2.1.2 第二階段:初步發展階段(1979~1985年)
在上個世紀七十年代末期,中國大陸黑白電視機、收錄機、音響及通訊設備等得到了飛躍發展,彩色電視機在本階段後期也開始興起。在這期間,中國大陸印製電路板行業開始從國外引進了不少先進設備,並吸收了許多國外先進技術。這些都對覆銅板產量的增長及技術水平的提高有很大的促進。
1982年,北京絕緣材料廠率先在中國大陸從日本引進了臥式上膠機,並投入生產,研製成功主要用於黑白電視機用的阻燃型覆銅板。
1985年,國營七0四廠在生產環氧——雙氰胺玻纖基覆銅板方面,技術水平獲得很大提高。無論在產量上還是在質量上,在當時都居大陸市場首位。
1985年,中國大陸正式頒布了第一套包括通用規則、試驗方法和十幾個品種的覆銅板國家標準,並於1985年7月1日起正式執行。這標誌著中國大陸覆銅板工業已經完全明確了自已與國際發展水平的差距和未來發展的目標。
2.1.3 第三階段:規模化生產階段(1986~1994年)
隨著在1985~1987年期間,中國大陸幾家覆銅板企業對國外的覆銅板設備、技術引進工作趨於完成,標誌著中國大陸覆銅板行業邁上了一個新的發展階段,在技術上也出現了一個質的飛躍,與國外的差距開始逐步縮小。
在此期間,中國大陸實行改革開放政策,一大批國外獨資及中外合資覆銅板廠迅速在珠江三角洲、長江三角洲、膠東半島及遼寧半島等沿海地區興建投產,如東莞生益、深圳太平洋、南海南美、珠海海港、杭州國際、杭州華立達及山東招遠金寶等一大批覆銅板骨幹企業都是在這一時期建成投產的。再加上美日等國陸續將本國的覆銅板企業向中國大陸轉移,香港地區的印製電路板廠也大批遷往內地,這一切造成了在此期間中國大陸覆銅板產量連續以20~30%年均增長率快速增長。
2.1.4 第四階段:大型企業主導市場階段(自1995年起至今)
1995年以後,又有一批日資、台資及港資的大型電子玻纖布基覆銅板生產廠在中國大陸廣東及華東地區建成投產,其中有亞化科技(中國)股份有限公司、廣州宏仁電子有限公司、廣州松下電工有限公司、廣東汕頭超聲電子股份有限公司及崑山台光電子材料有限公司等等。這些大型覆銅板廠對當時中國大陸的電子玻纖布市場發揮了主導作用。
據全國覆銅板行業協會統計資料,2000年,中國大陸的覆銅板總產量已經達到6400萬㎡,占全球覆銅板總產量的12%左右,其中電子玻纖布基覆銅板為3300萬㎡,工業總產值達到55億元人民幣,出口創匯3億美元,為中國大陸覆銅板行業的進一步發展打下了堅實的基礎。

2.2 生產發展現狀

近幾年來,在印製電路板工業突飛猛進的促動下,中國大陸的覆銅板工業也取得了長足的進步,無論產能、質量,還是規格、品種等方面,都得到了同步發展。
自1997年以來,幾乎每隔3~4年就有一次生產的飛躍。據有關統計資料,1997年珠三角地區生產電子玻纖布基FR-4型覆銅板的廠家只有4家,其產能為100.8萬㎡。2000年發展到12家,其產能提高到304.8萬㎡。2003年進一步發展到14家,其產能躍升到501.6萬㎡。在長三角地區,1997年只有5家,其產能為48萬㎡,2000年飛躍發展到12家,其產能猛增到201.6萬㎡。2003年繼續發展到15家,其產能再度提高到327.6萬㎡。
據全國覆銅板行業協會資料,2001年中國大陸覆銅板總產量為6080萬㎡,其中電子玻纖布基為2400萬㎡。2002年提高到8390萬㎡,其中電子玻纖布基為3960萬㎡,同比增長65%。2004年發展到16620萬㎡,其中電子玻纖布基為9140萬㎡,與2003年對比增長59.79%。2006年進一步發展到23930萬㎡,其中電子玻纖布基達到13640萬㎡,與2005年對比增長20.97%。據協會最近統計資料,2007年中國大陸覆銅板總產量已達27000萬㎡,其中電子玻纖布基板為17280萬㎡,同比增長高達26.69%。
以上一系列數據充分顯示出中國大陸覆銅板工業蒸蒸日上的強大生命力。

三、中國大陸覆銅板企業及年產能簡介

據全國覆銅板行業協會最新統計資料,截至2007年年底止,中國大陸共有大大小小覆銅板企業計70家,主要分布在華東及華南地區,其中華東地區2007年的年產能已達16956萬m2,占大陸年總產能的56.3%,華南地區2007年的年產能為11652萬m2,占大陸年總產能的38.7%,其餘東北、西北、西南及華中四個地區2007年的年產能為1491萬m2,僅占大陸年總產能的5%。若按企業資金類型劃分,內資企業共26家,占大陸企業總數的37.14%,其2007年產能為5484萬m2,只占大陸年總產能的18.2%,另有44家為外商獨資及中外合資企業,占大陸企業總數的62.86%,卻占大陸年總產能的81.8%。
現將中國大陸覆銅板行業生產骨幹企業簡介如下:

3.1陝西華電材料總公司(原國營第七0四廠)

該公司位於陝西省鹹陽市,占地面積41.3萬m2,現有職工2000多人,是中國大陸電子信息行業的大型骨幹生產企業。主導產品為覆金屬箔層壓板(包括覆銅箔板),其它還有電子絕緣板、電子封裝材料、印製電路板及尼龍刺輥等五大類共130多種規格的系列產品,其中有12種類型的產品已獲得美國UL認證。
該公司擁有從日本、瑞士、義大利及美國等進口的先進制造設備和檢測儀器,已成為國際IPC成員單位.其覆銅板年產能約800萬m2,質檢中心擁有按照GB、GJB、美國MIL、IPC、NEMA、日本JIS及國際IEC標準對覆銅板基本性能進行檢測的手段。
該公司是中國大陸最早研究開發覆銅板的專業廠家之一,擁有全行業最具實力的覆金屬箔板專業研究機構和200餘名專業工程技術人員,四十多年來,為中國大陸覆銅板工業的誕生、建立正常的工業生產體系和進一步發展壯大作出了巨大的貢獻。
3.1.1 產品分類
3.1.1.1 普通覆銅箔板
該類板材有FR-3型覆銅箔環氧紙層壓板,FR-4型、FR-5型、G-10型覆銅箔環氧玻璃布層壓板及TZ-9F型、TZ-10型覆銅箔酚醛紙層壓板等數種。
3.1.1.2 撓性覆箔薄膜類:該類有TM-1型撓性覆銅箔聚酯薄膜、TM-2型撓性覆銅箔聚醯亞胺薄膜(分有粘接劑和無粘接劑型)、LSC-037F型撓性覆超薄銅箔聚醯亞胺薄膜(銅箔厚度0.005mm,0.009mm)、撓性覆鋁箔聚醯亞胺薄膜(鋁箔厚度0.006mm,0.030mm)、撓性夾銅箔聚酯薄膜帶(長度可達20m,寬度300mm)等五種。
3.1.1.3 金屬基覆銅箔板類
該類有鋁基覆銅箔層壓板(單面或雙面覆銅箔,可分有增強材料絕緣和無增強材料絕緣型)及鐵基覆銅箔層壓板(有良好的電磁禁止、散熱及導磁性)兩種。
3.1.1.4 陶瓷基覆銅箔板類
該類有無粘接劑陶瓷基覆銅箔板(最大尺寸為5×6cm)及有機粘接陶瓷基覆銅箔板(最大尺寸為100×100mm)兩種。
3.1.1.5 微波電路用覆銅箔層壓板
3.1.1.6 覆銅箔聚醯亞胺玻璃布層壓板
該板具有高玻璃化溫度、耐高溫,並具有優良的介電性能和機械性能。
3.1.1.7 光禁止覆銅板
該類有覆銅箔環氧玻璃布著色層壓板(有黑色、蘭色、綠色、紅色等)和具有UV-BLOCK和AOI功能的覆銅板兩種。
3.1.1.8 覆超厚銅箔、超薄銅箔層壓板
超厚銅箔的厚度為0.1~0.5mm,超薄銅箔的厚度為0.005mm~0.009mm。
3.1.1.9 覆其它金屬箔層壓板
該類板材有覆鈹青銅箔層壓板(鈹青銅箔厚度為0.12mm)、覆不鏽鋼箔層壓板(不鏽鋼厚度為0.05mm~0.10mm)、覆鋁箔層壓板(鋁箔厚度為0.006mm~0.030mm)及覆電阻箔層壓板(電阻箔的電阻率可任選)等數種。
3.1.1.10 複合基覆銅板類
該類有CEM-1型覆銅箔環氧紙芯玻璃布面層壓板、CEM-3型覆銅箔環氧玻纖薄氈玻璃布面層壓板及TB-76型覆銅箔環氧合成纖維布芯玻璃布面層壓板等三種。
3.1.2 設備製造
該公司可製造立式上膠機、銅箔塗膠機、銅箔剪下機、銅箔機供熱系統、鋼板清潔機、標記印刷機、凝膠化時間測定儀及流動度測試用壓機等專用設備。
3.1.3 覆銅板及相關產品性能測試
該公司質檢中心可按覆銅板GB、GJB、MIL、IPC、IEC及JIS等標準,對覆銅板進行各種條件處理和各項性能測試,還可對有關材料、半成品按相關標準進行部分性能測試。

3.2 廣東生益科技股份有限公司

廣東生益科技股份有限公司創建於1986年,是一家股份制上市公司,從國外引進先進設備與技術,專業生產印製電路板用覆銅箔板及粘結片,是中國大陸覆銅板生產規模最大、產值最高的行業領先企業。其產品在中國大陸同行業中最早獲得美國UL認可,1993年8月率先獲得ISO9002認證證書,1998年10月獲得ISO14001認證證書,並被授於“中國大陸最大的覆銅板專業生產廠”稱號,連年入圍“中國大陸電子元件百強企業”和“電子百強企業”,今年來一直在同行業中名列世界前5位。
該公司於1986年3月破土動工,1987年下半年建成投產,FR-4型電子玻纖布基環氧樹脂覆銅板的年產能達到66萬m2。1989年11月,香港AVA國際有限公司單方對公司增資擴大生產,使覆銅板年產能提高到130萬m2。1993年下半年,該公司通過募股而籌集了再次擴產資金,使覆銅板年產能提高到180萬m2。1996年,該公司用自有資金進行第三次擴產(四分廠投產),1997年擴產結束,使公司年產能達到400萬m2。1998年9月16日,該公司在上海證券交易所成功上市,利用股市募集到手的資金和自有資金,於1999年10月進行了第四次擴建。2000年,該公司年產能提高到了600萬m2。2000年12月,該公司進軍大西北,與原國營七0四廠建立合資公司——陝西生益華電科技有限公司(簡稱陝西華電或陝西生益),定位生產CEM-1及CEM-3等複合基覆銅板系列產品。2004年4月,該公司在連雲港建立合資公司——連雲港東海矽微粉有限責任公司,生產面向電子封裝材料用矽微粉。2004年3月,該公司合資籌建的年產300萬m2的蘇州生益科技有限公司建成投產,使公司的覆銅板年總產能達到900萬m2。2005年7月,年產能400萬m2的生益科技東莞松山湖園區一廠投產,使該公司覆銅板的年總產能達到1300萬m2。接著蘇州生益科技有限公司年產300萬m2的二期工程和東莞松山湖園區年產400萬m2的二期工程又相繼建成投產。目前該公司覆銅板年總產能已超過2500萬m2。
該公司在生產FR-4系列覆箔板的基礎上,相繼成功開發了CEM-3型複合基材覆箔板和多層印製電路用芯板、粘結片以及CEM-1型複合基材覆箔板、高Tg、UV覆箔板等新產品。此後,又繼續開發並陸續投放市場的新產品有高CTICEM-3、高頻用低介電常數覆銅板,無溴、無銻環保覆銅板、撓性覆銅板等,不斷滿足中國大陸高速發展中的電子工業對覆銅板材的需要。

3.3 其它生產骨幹企業

除上述兩家生產骨幹企業外,中國大陸覆銅板生產骨幹企業還有深圳太平洋絕緣材料有限公司、廣東汕頭超聲電子股份有限公司、東莞聯茂電子科技有限公司、珠海海港積層板有限公司、南海南美覆銅板有限公司、廣州宏仁電子工業有限公司、山東招遠金寶電子有限公司、杭州國際層壓板材有限公司、杭州華立達銅箔板有限公司及上海南亞覆銅箔板有限公司等10家。

四、行業經濟效益評估及生產技術發展特點

4.1 2007年經濟效益評估

4.1.1 2007年上半年,中國大陸覆銅板行業繼續維持了2006年產銷增長較快的發展態勢,下半年增長速度放緩,但2007年全年的產銷量仍有15%以上的增幅。
4.1.2 受2006年全行業經濟效益有較大增長和2007年上半年產銷興旺態勢的影響,使原計畫新上或擴建的項目得以順利實施,所以全行業2007年產能較2006年又有較大的增長。
4.1.3 2007年,由於國際原油和銅材價格不斷上漲,覆銅板的主要原材料價格持續上漲,勞動力成本也不斷提高,使得覆銅板製造成本大幅度上升,所以2007年全行業的經濟效益增長幅度大大低於全行業覆銅板產銷量的增長幅度。
如有一家大型企業,其覆銅板銷售數量比2006年增長27%,其銷售金額只增長12%,企業利潤卻減少3.5%。另有一家中型企業,2007年覆銅板銷售金額及主營收入比2006年增長48%,但企業利潤卻只增長6.4%。

4.2 生產技術發展特點

4.2.1 開纖電子玻纖布的用量占非常大比例,有的廠家幾乎全部採用。
4.2.2 覆銅板薄板比例大大提高,0.5mm以下的薄板比例高達80%。
4.2.3 2116型以下薄布用量顯著增加,各生產廠家薄布用量比例已分別占總用量的20~90%。
4.2.4 大部份覆銅板生產廠家都生產中檔或高檔高TgFR-4型覆銅板,已經不生產低檔Tg<130C的板。
4.2.5上膠機產能擴大,每生產1張覆銅板要求另生產1~3m商品半固化片
4.2.6 無溴、高耐熱及高層數多層PCB用芯板,在許多大公司均已批量生產。
4.2.7 金屬基覆銅板產量增加,2007年產量已近10萬m2,預計2008年產量將增長40%以上。
4.2.8 三層型撓性覆銅板開始大量進入市場。

五、覆銅板行業發展趨勢及其市場前景

中國大陸早已成為全球覆銅板生產大國,現正處於向技術強國轉移的關鍵時期。近幾年來,外商及境外企業在中國大陸投資PCB、CCL和材料、設備的廠家越來越多,投資金額越來越大,產業鏈越來越長,並向PCB兩端迅速延伸,其中HDI、FPC、IC載扳和CCL的增長勢頭仍然未減。可以預見,在“十一五”期間,中國大陸國民經濟第一大支柱產業的電子工業將會繼續保持一定速度發展,從而帶動同一產業鏈上的三個緊密相關行業-PCBCCL及電子玻纖同步穩定發展。
據我國台灣工業研究院近期所作的IEK市場研究報告稱,2005年全球覆銅板市場規模為55.20億美元,2006年提高到64.10億美元,同比增長16.12%,2007年推測為67.68億美元,同比增長5.58%,2008年預測為71.50億美元,同比增長5.64%,2009年預測為75.39億美元,同比增長5.44%。
以上數據分析表明,從2007年起全球覆銅板市場規模的增長率仍保持為5~6%左右。歷年來中國大陸覆銅板市場的增長率均高於全球平均數,但是,大陸覆銅板行業近年來因國際原油和銅材價格不斷上漲,國內主要原材料也節節上升,同時還承受能源成本、勞動力成本上升及人民幣多次升值的壓力,利潤空間正在逐步壓縮,市場競爭將會越來越激烈。
鑒於國際及國內兩個市場上,多元化的電子終端產品具有較大的市場潛力,高性能電子新產品的市場份額逐步增長,使下游PCB行業擴大的產能得以釋放,從而拉動CCL的市場需求。
從長遠的觀點看,中國大陸覆銅板行業仍將保持全球第一生產大國的地位繼續穩步發展,但是,2008年中國大陸覆銅板企業受全球金融危機的影響,經濟效益下滑嚴重,許多覆銅板企業新廠已經停工,老廠減產,價格下降高達20%。尤其是10月份開始,訂單銳減,下降幅度至少三分之一,嚴重的近60%~70%。
值得提出的是,印製電路行業協會最近傳來振奮人心的喜訊,2009年一月底到二月初,越來越多的印製電路板企業的訂單量都在逐步增加,很多企業原來準備在春節期間放長假的,後來都紛紛提前上班,開始進入緊張的工作狀態,有的企業從原來的一班生產改為兩班,甚至三班了,尤其是生產中低檔產品的中小型企業復甦速度更快。此一復甦現象將會很快反饋到覆銅板行業。可以預言,整個覆銅板行業生產復甦的日子已經為期不遠了。

六、覆銅板用環氧樹脂及相關材料

6.1 溴化環氧樹脂

在環氧樹脂覆銅板行業中,大量採用溴化環氧樹脂。因為溴化環氧樹脂保持了環氧樹脂的各種優點,而且克服了一般環氧樹脂易燃的缺點,所以得到廣泛的套用。國內隨著覆銅板工業的發展,對溴化環氧樹脂的需求量,逐年在增加。
溴化環氧樹脂的合成一般採用二步法。第一步,以雙酚A環氧氯丙烷作原材,在催化劑作用下,合成低分子量環氧樹脂。第二步,以一定比例的低分子量環氧樹脂和四溴雙酚A(TBBA)作原材,加入催化劑,經加熱反應、擴鏈,製成溴化環氧樹脂。這種傳統的“單峰”型環氧樹脂相對分子質量較單一,使用上有一定困難。目前,趨向於使用“雙峰”型的環氧樹脂。即將相對分子質量高的和低的兩種環氧樹脂進行混合。其做法是在製成的高相對分子質量樹脂中,趁熱加入溶劑(丙酮或丁酮),溶解均勻後,添加一定比例的低相對分子質量環氧樹脂,配成所謂“雙峰”型的環氧樹脂。
“雙峰”型的環氧樹脂,含有相對分子質量低的和高的兩部分。相對分子質量低的環氧樹脂有利於改善對玻纖布的浸透性。而相對分子質量高的環氧樹脂,則有利於在熱壓過程中樹脂流動性的控制。在使用時可以取得較好的效果。在環氧樹脂中,不可避免地存在水解氯。由於水解氯的存在,使環氧樹脂的環氧基開環並與之結合。這種情況的發生導致環氧基減少,固化速度緩慢。在環氧樹脂中,水解氯含量越大,交聯密度越小,固化後環氧樹脂的特性越差。特別要指出的,水解氯能與咪唑促進劑起反應。
上述反應是閉環反應,它阻礙了環氧樹脂的開環聚合,導致樹脂的固化速度減慢。另一方面,游離的Cl-消耗了部分固化促進劑,也導致了固化促進作用的減小。總之,為了確保必要的固化速度和產品質量,水解氯含量必須限制在最小程度。尤其是採用連續法生產覆銅板時,要求環氧樹脂在短時間內快速固化,水解氯含量更要嚴格控制。

6.2 固化劑

在FR-4的樹脂配方中多數採用雙氰胺固化劑。相對分子質量:84.02;外觀:白色晶體;熔點:207~209℃;相對密度:1.40(25℃)。
雙氰胺是一種套用較早、具有代表性的潛伏性固化劑。以雙氰胺作固化劑的環氧樹脂覆銅板,具有良好的綜合性能,而且樹脂溶液和粘結片的貯存期長,便於生產管理。但是,雙氰胺具有吸濕性,又難溶於一船溶劑,只溶於像二甲基甲醯胺這類強極性溶劑。以雙氰胺作固化劑的環氧樹脂體系,在浸膠和熱壓過程中需要較高的溫度。由於雙氰胺和環氧樹脂的相容性較差,容易出現雙氰胺結晶析出,導致固化反應不均勻,對產品質量造成不良影響。檢查樹脂溶液和粘結片中雙氰胺結晶的方法,是通過偏光鏡觀察。採用苯酚諾伏拉克樹脂(Novolac)作固化劑,取代雙氰胺。這種做法,板材的耐熱性有所改善,但存在樹脂顏色較深。板材加熱變色等問題。實踐證明,採用雙酚A型諾伏拉克樹脂作固化劑,可以很好地解決雙氰胺和苯酚諾伏拉克樹脂存在的不足。

6.3 固化促進劑

在FR-4樹脂體系中,無論是採用雙氰胺或採用諾伏拉克樹脂作固化劑,其固化速度都比較慢。為了加快其固化速度,在樹脂體系中需要加人適量的咪唑類固化促進劑。在選用固化促進劑時,應從固化速度、樹脂體系穩定性,以及對覆銅板性能的影響等方面綜合考慮,選優錄用。

6.4 溶劑

傳統的FR-4樹脂體系取用雙氰胺作固化劑。由於雙氰胺溶解性差,不溶於一般溶劑,只溶於一些強極性溶劑,如二甲基甲醯胺DMF)等。二甲基甲醯胺的沸點高(153℃),在浸膠過程中,烘箱需要較高的溫度(180℃左右)。這類溶劑都具有不同程度的毒性,給生產、管理帶來了一些不便。若採用諾伏拉克樹脂作固化劑,相應地採用沸點較低、毒性較小的溶劑(如丙酮丁酮等)是有可能的。這樣一來可降低能耗,又方便管理。

七、FR-4覆銅板製造流程

71. FR-4樹脂膠液

(1)樹脂膠液配方在環氧樹脂覆銅板行業中,FR-4覆銅板已生產多年,樹脂膠液配方基本上大同小異。
(2)配製方法
1)二甲基甲醯胺和乙二醇甲醚,攪拌混合,配成混合溶劑。
2)加入雙氰胺,攪拌溶解。
3)加入環氧樹脂,攪拌混合。
4)2一甲基咪唑預先溶於適量的二甲基甲醯胺,然後加到上述物料中,繼續充分攪拌。
5)停放(熟化)8h後,取樣檢測有關的技術要求。
(3)樹脂膠液技術要求
1)固體含量65%~70%。
2)凝膠時間(171℃)200~250s。

7.2 粘結片

(1)製造流程
玻纖布開卷後,經導向輥,進入膠槽。浸膠後通過擠膠輥,控制樹脂含量,然後進入烘箱。經過烘箱期間,去除溶劑等揮發物,同時使樹脂處於半固化狀態。出烘箱後,按尺寸要求進行剪下,並整齊的疊放在儲料架上。調節擠膠輥的間隙以控制樹脂含量。調節烘箱各溫區的溫度、風量和車速控制凝膠時間和揮發物含量。
(2)技術要求
(3)檢測方法在粘結片製造過程中,為了確保品質,必須定時地對各項技術要求進行檢測。檢測方法如下:
1)樹脂含量
①粘結片邊緣至少25mm處,按寬度方向左、中、右,切取3個試樣。試樣尺寸為100mm×100mm,對角線與經緯向平行。
②逐張稱重(W1),準確至0.001g。
③將試樣放在524-593(的馬福爐中,灼燒15min以上,或燒至碳化物全部去除。
④將試樣移至乾燥器中,冷卻至室溫。
⑤逐張稱重(W2),準確至0.001g。
⑥計算:
樹脂含量=&#91;(W1-W2)/W1&#93;×100%
2)凝膠時間
①從粘結片中心部位切取約20cm×20cm的試樣,揉搓試樣,使樹脂粉落在金屬篩里,然後過篩到一張乾淨的白紙上。
②取約20mg樹脂粉,放在預先升溫至171(±0.5℃的檢測儀熱板中心。當樹脂粉熔化時立即啟動秒表,並用木牙籤攪動樹脂。
③待樹脂變稠到拉絲中斷時停秒表,所經過的時間為凝膠時間。
3)樹脂流動度
①離粘結片邊緣不小於5cm處切取4張試樣。試樣尺寸為100mm×100mm,對角線與經緯向平行。
②稱重(W1),準確至0.005克。
③試樣對齊疊合,加上離型膜,然後放在2塊不鏽鋼板之間。
④將鋼板和試樣放在170℃±2.8℃的壓機里,一次加壓,單位壓力為1.4MPa±0.2MPa,保持10min。
⑤取出試樣,冷卻至室溫。
⑥從試樣中心部位沖切φ80mm的圓片。
⑦稱圓片的重量(W2),準確至0.005g。
⑧計算:
流動度=&#91;(Wl-2W2)/W1&#93;×100%
4)揮發物含量
①離粘結片邊緣至少25mm處,按寬度方向左、中、右,切取3張試樣。試樣尺寸為100mm×100mm,對角線與經緯向平行。
②在每張試樣的一角,穿一小孔。
③將試樣放在乾燥器中,處理1h。
④逐張稱重(W1),準確至0.001g。
⑤將試樣掛在烘箱中,在163℃±2℃,烘15min。
⑥將試樣移至乾燥器中,冷卻10min。
⑦逐張稱重(W2),準確至0.001g。
⑧計算:
揮發物含量=&#91;(W1一W2)/W1&#93;×100%
(4)粘結片的貯存經外觀和各項技術指標檢測後,粘結片應整齊疊放,按要求邊進行存放管理。粘結片中的環氧樹脂處於半固化狀態,在存放過程中,粘結片的品質將隨存放條件和存放時間的變化而變化。粘結片在各種相對濕度條件下吸濕率的變化情況顯示,在相對濕度大的情況下,粘結片的吸濕率明顯增大。粘結片吸濕後將嚴重影響產品質量,特別是耐浸焊性將明顯惡化。
由此可見,在粘結片的存放過程中,防潮問題必須給予充分重視!為了保證產品質量,強調粘結片應在溫度25℃以下、相對濕度50%以下的條件存放,是十分必要的。

7.3 壓制

環氧樹脂覆銅板的壓制過程大體分成升溫、保溫和降溫三個階段。壓制過程可手工操作,也可由電腦控制。升溫階段,主要是使熱量從加熱板逐步傳遞到層間每塊產品,使樹脂熔化、流動。同時,根據樹脂的熔化和流動情況,進行加壓。這個階段是壓制過程的關鍵,如果加壓不及時將造成“欠壓”而出現“微氣泡”和“乾花”等缺陷;相反如果加壓過早,將導致流膠過多或滑板等問題。

八、環氧覆銅板技術要求

近年來隨著電子技術的發展,對用於環氧覆銅板的環氧樹脂提出了更多、更新的要求,主要有以下幾個方面。

8.1 高玻璃化轉變溫度(Tg)

Tg是反映環氧樹脂基體隨溫度升降而產生的一種物理變化。在常溫時,基體是剛性的“玻璃態”。當溫度升高到某一個區域時,基體將由“玻璃態”轉變為“高彈態”。此時的溫度稱為該基體的玻璃化轉變溫度(Tg)。換句話說,Tg是基體保持剛性的最高溫度(℃)。基體的Tg取決於所採用的樹脂。傳統的FR-4覆銅板是採用二官能的溴化雙酚A型環氧樹脂,Tg一般為130℃左右。為了提高基體的Tg,目前行業中多數採用諾伏拉克環氧樹脂。由於諾伏拉克環氧樹脂結構中含有2個以上的環氧基,固化物交聯密度高,Tg相應提高。基體的耐熱性、耐化學性以及尺寸穩定性等相應地得到改善。
諾伏拉克環氧樹脂,由於結構含有多環氧基,基體的耐熱性等性能會有明顯提高。但是,產品脆性較大,粘合性較差。在環氧樹脂覆銅板生產中一般不單獨使用,而是與雙酚A型環氧樹脂配合使用。諾伏拉克環氧樹脂的使用量一般為環氧樹脂總量的20%~30%。實踐證明,在諾伏拉克環氧樹脂中,選用雙酚A諾伏拉克環氧樹脂可以獲得更佳的綜合效果。8.2 阻擋紫外光(UV)和自動光學檢測(AOI)功能 (1)阻擋UV隨著電子工業的迅速發展,印製電路高精度、高密度化,在雙面印製板和多層印製板的製造過程中,廣泛採用液體光敏阻焊劑和兩面同時暴光的新工藝。由於紫外光(UV)可以穿透基板,兩面的線路圖形相互干擾,出現重影(GHOST IMAGE),造成廢品。為了避免出現重影,基體用的環氧樹脂必須具有阻擋紫外光(UV blocking)的功能。目前行業中一般的做法是,在環氧樹脂體系中添加四官能基環氧樹脂或UV吸收劑,利用其本身具備螢光發色團性質,吸收UV光,達到阻擋的效果。
1995年,我國成功地開發了具有阻擋UV和AOI功能的環氧樹脂覆銅板,同時還開發了相應的檢測方法和檢測儀器。該檢測方法已被國際電工委員會(IEC)所確認,標準號IEC1189-2C11。UV透過率檢測儀,由UV光源和UV光量計組成。通過光量計分別測定無試樣和有試樣條件下的光能量,計算相應的UV透過率。
K=(b/a)×100%
式中K——UV透過率;
a——無試樣的光能量;
b——有試樣的光能量。
根據UV透過率的大小評判基體阻擋UV功能的優劣。透過率大,說明基體對UV的阻擋性差。透過率小,說明基體對UV的阻擋性好。基體的UV透過率若在1%以下,基本上可以滿足使用要求。
(2)AOI功能在印製線路板品質檢查工作中,隨著產量擴大和線路高密度化,採用傳統的人工檢查的方法已經不能適應了。目前一些較大的企業,廣泛採用自動光學檢測(AOI)的新技術。要求基板中的環氧樹脂必須具備AOI功能。AOI儀器縣採用氬雷射作光源.基板中的環氧樹脂必須能吸收氬雷射、並激發出較低能量的螢光,通過測定基板上的螢光,實現對印製線路板外觀缺陷的自動光學檢測。

8.3 低介電常數

近年來隨著通信技術的發展,信息處理和信息傳播的高速化,迫切希望提供一種可滿足高頻條件下使用的低介電常數的覆銅板。在高頻線路中頻率一般都超過300 MHz。在高頻線路中,信號傳播速度與基體的介電常數有關,其關係式如下:
V=K1·C/ε
式中:V——信號傳播速度;
K1——常數;
C——光速;
ε——基板的介電常數。
上式表明,基體的介電常數越低,信號的傳播速度越快。要實現信號的高速傳播,就必須選用低介電常數的板材。另外,基體在電場的作用下,由於發熱而消耗能量,使高頻信號傳播效率下降,其關係如下:
PL=K2·f·tanδ
式中:PL——信號傳播損失;
K2——常數;
f——頻率;
tanδ——基體的介電損耗角正切
上式表明,基體的tanδ小,信號的傳播損失相應小。由此可見,作為高頻線路用的覆銅板,必須選用低介電常數和低介電損耗角正切的樹脂。但是目前FR-4覆銅板用的環氧樹脂介電常數偏高,滿足高頻線路的使用有困難。在高頻線路中,多數採用聚四氟乙烯。聚四氟乙烯雖然具有優秀的介電性能,但與環氧樹脂相比存在以下缺點:(1)加工性差;(2)綜合性能欠佳;(3)成本高。環氧樹脂雖然介電常數和介電損耗角正切偏高,但具有加工性好,綜合性能優秀,價格適宜,貨源充足等優點。若採用改性的方法,在環氧樹脂結構中引入極性小、體積大的基團,降低固化物中極性基團的含量,可使樹脂的介電性能得到改善。改性後的環氧樹脂有可能成為一種成本效益理想的高頻材料。

8.4 RCC

積層法多層板(Build-up Multilayer,縮寫BUM)是近幾年發展起來的、用於製造高密度、小孔徑多層印製線路板的一項新技術。隨著BUM的迅速發展,作為其主要材料的塗樹脂銅箔(Resin Coated Copper Foil,縮寫RCC)得到了相應的發展。
(1)RCC的結構RCC是由表面經粗化耐熱、防氧化等處理的高溫延伸性銅箔和B階樹脂組成的。RCC多數採用環氧樹脂。RCC的樹脂層應具備與FR-4粘結片相同的工藝性能。此外還要滿足積層法多層板的以下要求:
1)高絕緣可靠性和微導通孔可靠性。
2)高玻璃化轉變溫度(Tg)。
3)阻燃性。
4)低介電常數和低吸水率。
5)與內層板有良好的粘合性。
6)固化後樹脂層厚度均勻。
7)對銅箔有較好的粘合強度。
(2)RCC技術要求。
(3)RCC塗布工藝RCC製造過程中要求將樹脂均勻地塗布在銅箔上。樹脂層的厚度偏差控制在±2mm以內。因此,必須採用高精度的塗布設備。同時生產環境必須高度淨化,塗布機主要由塗布器和烘箱組成。
(4)RCC的優點
1)有利於多層板的輕量化和薄形化。
2)有利於介電性能的改善。
3)有利於雷射、電漿的蝕孔加工。
4)對於12um等薄銅箔容易加工。
5)可以使用普通印製板生產線,無須新的設備投資等。

8.5 無鹵型產品

目前在環氧樹脂覆銅板生產中阻燃型產品居多,占90%以上。從安全形度考慮,用戶要求產品必須通過UL安全認證,阻燃性必須達到V-0級。為了滿足上述要求,在阻燃型覆銅板生產中大量採用溴化環氧樹脂。國外有些研究機構提出,鹵素阻燃劑在燃燒過程中會產生有毒的物質,危害人體健康和污染環境。國際上特別是歐洲,對這個問題表示強烈關注。歐共體(EC)環保委員會提議,限期在電器和電子產品中禁止使用含鹵素的阻燃材料。開發無鹵性阻燃覆銅板已成為行業中一項重要課題,勢在必行。從化學角度考慮,具有阻燃功能的元素,除鹵族元素(F、Cl、Br、I)外,還有V族的N、P等元素。實驗證明,在環氧樹脂體系中,引入N和P等元素,並配合適當的阻燃助劑,同樣可以獲得滿意的阻燃效果。
眾所周知,酚醛樹脂可以作為環氧樹脂的固化劑使用,如果採用酚醛樹脂對環氧樹脂進行改性,則可以加大環氧樹脂的交聯密度,進一步提高其耐熱性和降低其熱膨脹係數等。如果向酚醛樹脂的分子結構中引入含氮基團,並將這種含氮的酚醛樹脂作為固化改性劑用於對環氧樹脂的改性,既可以提高環氧樹脂的阻燃性能,又可以提高其耐熱性和尺寸穩定性。

九、品質控制流程圖

覆銅板的品質控制圖,如右圖

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