印制电路板基材的发展

董鹏

印制电子技术最接近FPCB，现在已有PCB制造商投入印制电子，他们从挠性板开始，用印制电子电路（PEC）替代印制电路板（PCB）。

印制电路板的基本特性取决于基材板的性能，要提高印制电路板的技术性能就必须先提高印制电路基材板的性能，为了适应印制板发展的需要，各种新型材料正在逐步开发并投入使用。

近年来，PCB市场重点从计算机转向通信，包括基站、服务器和移动终端等，以智能手机为代表的移动通信设备驱使PCB向更高密度、更轻薄、更高功能发展。印制电路技术离不开基板材料，其中也涉及到PCB用基材的技术要求。

1.高密度细线化的需求

1.1对铜箔的需求

PCB全都向高密度细线化发展，HDI板尤为突出。在十年前IPC为HDI板下的定义是线宽/线距（L/S）是0.1mm/0.1mm及以下，现在行业内基本做到常规L/S为60μm，先进的L/S为40μm。日本的2013年版安装技术路线图数据是2014年HDI板常规L/S为50μm，先进的L/S为35μm，试制性的L/S为20μm。

PCB线路图形形成，传统的是铜箔基板上光致成像后化学蚀刻工艺（减成法），减成法制作精细线路的限度最小约在30μm，并且需要用薄铜箔（9～12μm）基板。

由于薄铜箔CCL价格高，及薄铜箔层压缺陷多，较多工厂产生18μm铜箔然后生产中采取蚀刻减薄铜层。这种做法工序多、厚度控制难、成本高，还是希望用薄铜箔为好。还有，PCB线路L/S小于20μm情况下，一般薄铜箔也难以胜任，需要用到超薄铜箔（3～5μm）基板和附于载体的超薄铜箔。

当前精细线路对铜箔要求除了厚度更薄外，同时需要铜箔表面低粗糙度。通常为提高铜箔与基材的结合力，确保导体抗剥强度，都采取铜箔层粗化处理，常规的铜箔粗糙度大于5μm。

铜箔粗糙的凸峰嵌入基材是提高了抗剥离性，但在线路蚀刻时为控制导线精度不至过蚀刻，容易有嵌入基材凸峰残留，造成线路间短路或绝缘性下降，对精细线路尤为严重。因此需要低粗糙度（小于3μm）的铜箔，甚至更低粗糙度（1.5μm）的铜箔。

但铜箔粗糙度降低而导体的抗剥强度仍要保持，需要对铜箔表面及基材树脂表面作特殊处理，如有开发出平滑树脂面上化学镀铜高结合力铜箔；如有“分子接合技术”，是对树脂基材表面化学处理形成一种官能基团能与铜层密切结合。

1.2积层绝缘介质片的需求

HDI板技术特点是积成法工艺（BuildingUpProcess），常用的涂树脂铜箔（RCC），或者半固化环氧玻璃布与铜箔层压的积层难以达到精细线路。现在趋于采用半加成法（SAP）或改进型半加工法（MSAP），即采用绝缘介质膜积层，再化学镀铜形成铜导体层，因铜层极薄容易形成精细线路。

半加成法技术重点之一是积层介质材料，为符合高密度细线路要求对积层材料提出介质电气性、绝缘性、耐热性、结合力等要求，以及与HDI板工艺适应性。

目前国际上的HDI积层介质材料主要是日本味之素公司的ABF/GX系列产品，以环氧树脂搭配不同固化剂，以添加无机粉末提高材料刚性及减少CTE，也有使用玻纤布增强刚性。

另有日本積水化学公司的类似薄膜积层材料，台湾工研院也开发了此类材料。ABF材料也在不断改进发展，新一代积层材料特别要求表面低粗化度、低热膨胀率、低介质损耗及薄型刚强化等。

全球半导体封装中IC封装载板由有机基板取代陶瓷基板，倒装芯片（FC）封装载板的节距越来越小，现在典型的线宽/线距为15μm，接下来会更细。

多层的载板性能重点要求低介电性、低热膨胀系数和高耐热性，在满足性能目标基础上追求低成本的基板。现在精细线路批量化生产基本都采用绝缘介质积层结合压薄铜箔的MSPA工艺。用SAP方法制造L/S小于10μm电路图形。

PCB达到更密更薄，则HDI板技术从含芯板积层发展为无芯板任意层互连积层（Anylayer），同样功能的任意层互连积层HDI板比含芯板积层HDI板面积和厚度可减少约25%。这些必须使用更薄的并保持电性能良好的介质层。

2.高频高速化需求

电子通信技术从有线到无线，从低频、低速到高频、高速。现在的手机性能已进入4G并将迈向5G，即是有更快传输速度、更大传输容量。

全球云计算时代的到来使数据流量成倍增加，通讯设备高频高速化是必然趋势。PCB为适合高频、高速传输的需要，除了电路设计方面减少信号干扰与损耗，保持信号完整性，以及PCB制造保持符合设计要求外，重要的是有高性能基材。

设计工程师为解决PCB增加速度和信号完整性，主要是针对电信号损失属性。基材选择的关键因素介电常数（Dk）与介质损耗（Df），当Dk低于4与Df0.010以下为中Dk/Df级层压板，当Dk低于3.7与Df0.005以下为低Dk/Df级层压板，现在有多种基材进入市场可供选择。

目前较多采用的高频电路板基材主要是氟系树脂、聚苯醚（PPO或PPE）树脂和改性环氧树脂这三大类材料。氟系介质基板，如聚四氟乙烯（PTFE）介电性能最低，通常应用在5GHz以上。另外还有用改性环氧FR-4或PPO基材，可用于1GHz～10GHz之间的产品。

这三大类高频基板材料，以环氧树脂成本最便宜，而氟系树脂最昂贵；从介电常数、介质损耗、吸水率和频率特性考虑，氟系树脂最佳，环氧树脂较差。当产品应用的频率高过10GHz时，只有氟系树脂印制板才能适用。但PTFE其不足之处除成本高外是刚性差，及热膨胀系数较大。

对于聚四氟乙烯（PTFE）而言，为改善性能用大量无机物（如二氧化硅SiO2）填充材料或玻璃布作增强，来提高基材刚性及降低其热膨胀性。另外因聚四氟乙烯树脂本身的分子惰性，造成不容易与铜箔结合性差，因此更需与铜箔结合面的特殊表面处理。处理方法上有聚四氟乙烯表面进行化学蚀刻或等离子体蚀刻，增加表面粗糙度或在铜箔与聚四氟乙烯树脂之间增加一层粘合膜层提高结合力，但可能对介质性能有影响，整个氟系高频电路基板还需进一步开发。