一种高频高速挠性覆铜板的研制

2020-04-18付志强昝旭光伍宏奎茹敬宏

印制电路信息 2020年3期

付志强昝旭光伍宏奎茹敬宏

（广东生益科技股份有限公司，广东东莞 523808）

1 引言

随着5G时代的来临，各大终端机构也在积极的布局5G产业，高频高速专用覆铜板的需求变得越来越迫切，特别是5G手机的问世，使得高频高速挠性覆铜板的需求也变得紧张起来，因为只有挠性覆铜板才能适应手机内部“拥挤”的布局。

现有的5G手机信号传输线一般采用固定挠性的阻抗设计线路，即信号发射端到信号接收端这一段固定长度内，其设计的阻抗是一定的，受限于现有电子电路板材线路加工的水平，必须使用绝缘层厚度较厚的产品，才可以满足如今线宽加工条件。例如，同样的两种挠性覆铜板，其Dk/Df均为3.0/0.003（10 GHz下，SPDR法），铜箔厚度均为12 μm，阻抗设计为50Ω，若使用绝缘层厚度为100 μm的柔性覆铜板去设计图形，其线宽经过软件模拟计算，需要将线宽设计成100 μm左右，若使用绝缘层厚度为50 μm的挠性覆铜板去设计图形，其线宽经过软件模拟计算，需要将线宽设计成40 μm左右。依照如今线路板厂的加工水平，40 μm的线宽还是很具有挑战性的，同时100 μm线宽和40 μm线宽，线宽越宽，阻抗值越容易控制，因此，在同样的条件下，线路板厂倾向于使用绝缘层相对较厚的挠性覆铜板[1]。

同时，两组平行传输的信号线在高频下信号传输时，相互之间的信号影响是存在的，如果使用同样的Dk/Df均为3.0/0.003材料进行设计，使用50 μm绝缘厚度的板材设计线路和使用100 μm绝缘厚度的板材设计线路，两种设计线路的插入损耗薄板（50 μm）是厚板（100 μm）的数倍，因此为了达到同样的插入损耗，薄板必须使用介电性能更低的板材才可以达到要求在现有的技术条件下，薄板需要更好的介电性能数据才可以与厚板有竞争力。

针对于Sub 6G的应用，日本钟渊化学推出过一款高频高速专用的改性TPI膜，直接使用辊压机即可与铜箔辊压形成板材，如今只能进行50 μm厚度的PI膜生产，更厚的75 μm、100 μm受限于生产工艺，一直无法生产。新日铁住金化学使用一种有胶双面板结构（Z系列），即Cu/AD/PI/AD/Cu结构，但是使用的是普通的PI膜，其PI膜的模量只有4 GPa左右。为了降低整体板材的介电性能，在设计绝缘层厚度为125 μm板材时，使用了50AD+25PI+5AD的做法，这样会导致板材的整体模量特别低，只有1.2 GPa左右。

针对当前行业内无法将板材做到相对较厚的这一问题，我们研发了一款具有特殊结构的挠性覆铜板，基本的结构之上而下是Cu/PI（HTg）/PI（LTg）/PI（HTg）/Cu。其中，PI（HTg）是一种Tg相对较高的PI，靠近铜箔，主要其支撑作用；PI（HTg）是一种Tg相对较低的PI，主要是其粘结和提供优秀介电性能的作用，同时，板材厚度也主要是由这一层决定。这样相对于钟渊的改性TPI膜来说，这种结构可以解决目前业界普遍需求的75 μm、100 μm甚至125 μm等相对较厚板材的需求。

2 试验

2.1 原材料

二苯基联苯二胺（M-TB），2,2’-双（三氟甲基）-4，4’-二氨基联苯（TFMB），2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷（BAPP），3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐（BPDA），N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），工业级；12 μm压延铜箔GHF5-93F-HA-V2，日矿金属。

2.2 聚酰胺酸的合成

（1）在25 ℃水浴条件下，将53 g（0.25 mol）二苯基联苯二胺（M-TB）和240 g（0.75 mol）2,2’-双（三氟甲基）-4，4’-二氨基联苯（TFMB）和20.5 g（0.05 mol）2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷（BAPP）溶解于适量的DMAc中。

（2）在搅拌状态下分批次加入294.2 g（1 mol）3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐（BPDA），继续搅拌12 h，得到PAA溶液。

2.3 无胶单面板的制备[2]-[4]

将日矿压延铜箔铺在涂覆机上，使用刮刀均匀地将PAA涂覆在铜箔毛面，通过调节合理的刮刀间隙，使得涂覆在铜箔上的PAA在160 ℃下烘烤5分钟后去除溶剂，PAA的厚度为12 μm。在使用氮气烤箱，使用程序升温在360 ℃/15 min下将PAA亚胺化形成PI，得到最终的05T无胶单面板。

2.4 双面挠性覆铜板的制备

取生益科技常规高频PI胶水VF26C，在无胶单面板PI一侧均匀涂覆高频胶水，使得烘干溶剂后胶层的厚度为38 μm。

取2块上述涂覆38 μm厚度高频胶水的05T无胶单面板，铜箔一侧在外进行对压操作，然后180 ℃固化2 h，得到双面挠性覆铜板。

2.5 测试方法

剥离强度：按照IPC-TM-650-2.4.9测试。

耐浸焊性：按照IPC-TM-650-2.4.13测试。

表面电阻以及体积电阻率：按照I P CTM-650-2.5.17测试。

电气强度：按照IPC-TM-650-2.5.6.2测试。

吸水率：按照IPC-TM-650-2.6.2测试。

拉伸强度、拉伸模量以及延伸率：按照IPCTM-650-2.4.19C测试。

CTE（X/Y轴向）：按照广东生益企业标准Q/GDSY 6050.34-2017测试。

燃烧性：按照IPC-TM-650-2.3.9测试。

耐化学性：按照IPC-TM-650-2.3.2测试。

尺寸稳定性：按照IPC-TM-650-2.2.4C测试。

介电性能：按照IEC-61189-2-721（SPDR）方法测试。

湿漂：按照广东生益企业标准Q/G D S Y 6050.50-2017测试。

回弹力：按照广东生益企业标准Q/GDSY 6057.6-2016测试。

3 结果与讨论

3.1 检测数据对比

我们将制得的板材命名为SF280，其规格为1210012，其中12表示铜箔厚度，100表示绝缘层厚度，同时选取某日本著名同行的Z系列高频覆铜板中的部分数据进行对比，数据来源是日本同行的官方宣传资料（见表1）。

从上述仅有的数据对比可以看出，在关键性能——介电性能——上可以看出，SF280与日系同行的差不多，在吸水率和模量两方面有一定的优势。客户很关注材料吸水后的介电性能变化，这个与材料的吸水率有关，吸水率越低，吸湿后材料的介电性能变化就越小，性能也就越稳定可靠。为此，我们特意将SF280进行85℃/85%RH（双85）处理，每天定时测试介电性能，连续测试15天，考察介电性能Dk、Df的变化（见图1、图2）。