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新材料助推PCB基板薄型化 |
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| http://cn.newmaker.com
9/5/2007 10:28:00 AM
佳工机电网
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中国电子材料行业协会信息部主任 祝大同
电子产品的薄、轻、小型化不断发展促使印制电路板(PCB)的薄型化发展，这也使得基板材料追求薄型化，在覆铜板业中已成为研发、应用上的热点，并且这一热点将持续多年。
薄型环氧-玻纤布基板成热点
HDI多层板自20世纪90年代初问世和兴起时，就与当时的薄型化基板材料创新成果结下不解之缘。HDI多层板发展始终靠着“微孔、细线、薄层”三大技术作为支撑和推动。其中，不仅它的薄层化技术主要是依靠基板材料来实现，就连它的微孔化(激光微孔加工等)的实施好坏，也很大程度上取决于薄型基板材料。
在HDI多层板发展初期，为满足上述性能要求，构成它的绝缘层的主要薄型基板材料品种是感光性树脂涂层、热固性树脂涂层(或其产品形式为绝缘膜)、涂树脂铜箔(RCC)等。此段时期，在适宜薄形HDI多层板用基板材料的“队列”中，由于制造技术所限很难找到环氧-玻纤布基板材料的“身影”。而在近几年HDI多层板市场情况发生了很大的变化，薄型环氧-玻纤布基板材料从争得了HDI多层板用基板材料市场的“一席之地”，已逐渐演变成为市场“主角”。
据有关权威机构统计，近几年环氧-玻纤布基板材料在HDI多层板中得到越来越广泛的应用，在2000年时，它只占整个HDI多层板用基板材料市场总量的4%，而到2005年已迅速发展到占40.4%，预测到2007年其所占的比例将会超过50%，2010年它在HDI多层板用基板材料市场上的占有率可达到60%以上。环氧-玻纤布基板材料这一市场的“从无到有，从小到大，从辅到主”的变化，很值得研究和注意。
三大应用市场要求各异
当前，薄型环氧-玻纤布基板材料主要有三大应用市场：携带型电子产品；IC封装基板；替代部分原有挠性覆铜板(FCCL)的挠性印制电路板市场。薄型环氧-玻纤布基板材料在主要性能上与一般厚度的环氧-玻纤布基板材料有所差异，它有着自己独特的性能特点。同时，不同的应用领域对它的性能要求及其侧重面也有所不同。
近年来，携带型电子产品所用的HDI多层板，在不断追求薄型化中对它的基板材料的薄型化和其性能保证有着更高的依赖性。以手机为例，近两三年间手机主板厚度，一般是1层平均为0.1mm厚，即大都为6层0.6mm厚。随着手机主板的不断薄型化，在2006年间，8层厚度只有0.5mm的极薄型手机主板开始正式进入市场。
实现手机主板的薄型化，需要克服基板刚性低的问题。基板刚性偏低，会导致PCB制造时工艺操作性降低；在基板经回流焊炉等高温加热时易产生更大的翘曲、变形；在元器件安装时也易于使可靠性下降；制成的PCB抗跌落冲击性差等。除此以外，随着手机用PCB更加追求薄形化，也给基板材料的绝缘可靠性、平整性、尺寸稳定性等性能项目提出更高和更严的要求。
减小IC封装的厚度，主要依赖于它的薄型化有机封装基板材料来实现。由于封装用基板材料更薄，再加上出于IC封装基板追求更加窄间距化、多引脚化，使得确保薄型基板材料的层间绝缘性问题更为突出，特别是要解决薄型基板材料易出现的金属离子迁移(CAF)，造成绝缘可靠性下降的问题。
封装用薄型基板材料的另一个关键性能要求是它的高刚性。提高基板材料的机械强度对确保IC芯片搭载时的强度(防止基板塌陷)，在安装加工时降低基板所产生的翘曲度，以及便于操作等都是十分必要的。在IC芯片搭载时需要在基板上植入焊球，很多在基板上采用倒芯片的安装，因此还要求这类基板材料具有表面高平滑性。
近两三年，薄型环氧-玻纤布基板材料已“渗透”到挠性印制电路板的新应用领域。这一新市场之所以获得了较快的开拓，其原因来自两方面：一方面是环氧-玻纤布基板材料在提高极薄性、耐挠曲性等方面技术有所突破；另一方面，在挠性PCB、刚-挠性PCB制造中采用薄型环氧-玻纤布基板材料，是对挠性PCB性能改善、提高的迫切需求。
为了实现携带型电子产品的小型化，除了PCB需要进一步推进高密度布线外，近年在PCB形态上也出现了由原来采用平面的元器件二维安装刚性基板，向着三维安装为特点、采用挠性基板(FPC)的方向转变，这样就可缩小元器件及基板在整机产品内部所占的空间。与此同时，三维安装的FPC与刚性多层板相组合的刚-挠性基板技术，近年得到了迅速应用。
这种适于刚-挠性PCB制造的薄型环氧-玻纤布基板材料，在性能上主要表现在具有较高的耐弯曲性。同时，还需要具有低膨胀率(主要指面方向)、高耐吸湿性、高耐热性。如日本日立化成公司2006年开发成功并进入市场的这类基板材料(CCL牌号为：TC-C-100)，采用20μm以下超极薄玻纤布及低模量树脂制成，板的厚度在50μm以下。它的模量只有一般FR-4的一半。因有玻纤布作补强，板的尺寸变化率(主要指面方向)可达到0.01±0.03%，比PI基膜构成的FCCL要小1/3—1/2。
原材料发展助推产业
实现基板材料薄型化是覆铜板技术综合提升的体现。这里不但是基板材料在树脂工艺配方设计、浸渍工艺技术、测试技术等方面需要有所创新，还需要电子玻纤布、电解铜箔、无机填料、环氧树脂等有更多新品问世，在性能上满足薄型基板材料的新要求。
极薄型玻纤布制造技术，涵盖了纺纱技术(包括低捻、无捻纱制造技术)、织布技术(用纱的设计、织布密度等)、开纤扁平等物理加工技术、表面处理技术等。
薄型基板材料的一些关键性能的实现，在很大程度上依托于各种原材料的性能提高。例如，它的绝缘可靠性提高需要高性能的极薄玻纤布(如降低经纬纱围出的孔隙面积、所用纱进行扁平化加工，玻纤布实现开纤化、采用新型处理剂技术等)、低轮廓铜箔(运用新的电解工艺及表面瘤化处理技术等)、高性能的环氧树脂(提高树脂纯度；改性树脂，提高其介电性、耐湿性；提高树脂与其他组成成分的相溶性、存储稳定性等)等。再例如，薄型基板材料机械性能的提高，需要选择适宜的无机填充料作配合，也需要有更理想的高刚性改性环氧树脂等。因此，薄型基板材料技术的研发，不仅对覆铜板制造业的整体技术水平是个“质”的飞跃，还驱动了覆铜板用原材料——包括玻纤布、基体树脂(主要指环氧树脂)、树脂固化剂、各种树脂助剂、铜箔、无机填充料，以及基板材料的测试技术、设备制造技术(主要指上胶设备技术)等快速发展。
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极薄玻纤布重在应用
薄型基板材料所需的极薄玻纤布，早在20世纪90年代末期进入市场，像日东纺织公司、旭硝子公司等电子薄型玻纤布已开始推向市场(如日东纺织公司的50μm型SP玻纤布，旭硝子公司的50μm型MS玻纤布)。
21世纪初，在开发、生产20μm以下的超极薄玻纤布时，超细、无捻玻纤纱的制造以及布的纵方向扁平加工已成为攻克此技术课题的两大“瓶颈”。到目前为止，日本有的厂家已可以批量提供13μm超极薄玻纤布。近年，电子玻纤布及覆铜板业界都开始更深刻地认识到：极薄玻纤布的技术体现，并非是在将布做得极薄方面，其水平的真谛在于将这种极薄布制成高织造密度、高均匀一致性，并具备有助于所制薄型基板材料绝缘可靠性、机械强度有更大提高的方面。
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