PCB基材及工艺设计工艺标准市公开课一等奖省赛课获奖课件

PCB专业知识第二讲

PCB用基板材料程杰业务经理/市场部方东炜技术服务工程师/工艺部PCB基材及工艺设计工艺标准第1页双面PCB用基材组成双面覆铜板单面PCB用基材组成单面覆铜板多层PCB用基材组成铜箔半固化片芯板铜箔半固化片覆铜板半固片铜箔PCB基材及工艺设计工艺标准第2页覆铜板半固化片PCB基材及工艺设计工艺标准第3页覆铜板生产流程PCB基材及工艺设计工艺标准第4页上胶机压机覆铜板主要生产设备PCB基材及工艺设计工艺标准第5页生益科技自动剪切线↑生益CCL自动分发线↓生益小板自动开料机PCB基材及工艺设计工艺标准第6页半固化片

在多层电路板层压时使用半固化片，是覆铜板在制作过程中半成品。在环氧玻纤布覆铜板生产过程中，玻纤布经上胶机上胶并烘干至“B”阶（B”阶是指高分子物已经相当部分关联，但此时物料依然处于可溶、可熔状态），此种半成品俗称黏结片。它有两种用途，一是直接用于压制覆铜板，通常称为黏结片；另一个直接作为商品出售，供给印制板厂，该片用于多层板压合，通常称为半固化片；二者英文名均为prepreg。它们生产过程是一样。半固化片半固化片生产车间PCB基材及工艺设计工艺标准第7页PCB用基材分类：

1、按增强材料不一样（最惯用分类方法）纸基板（FR-1,FR-2,FR-3)环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5)复合基板(CEM-1,CEM-3)HDI板材（RCC)特殊基材(金属类基材、陶瓷类基材、热塑性基材等)2、按树脂不一样来分酚酫树脂板环氧树脂板聚脂树脂板BT树脂板PI树脂板3、按阻燃性能来分阻燃型（UL94-VO,UL94-V1)非阻燃型（UL94-HB级）PCB基材及工艺设计工艺标准第8页非阻燃型阻燃型（V-0、V-1）刚性板纸基板XPC、XXXPCFR-1、FR-2、FR-3复合基板CEM-2、CEM-4CEM-1、CEM-3CEM-5玻纤布基板G-10、G-11FR-4、FR-5PI板、PTFE板、BT板、PPE（PPO）板、CE板等。涂树脂铜箔（RCC）、金属基板、陶瓷基板等。挠性板聚酯薄膜挠性覆铜板、聚酰亚胺薄膜挠性覆铜板PCB基材及工艺设计工艺标准第9页环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5)(1)环氧玻纤布覆铜板强度高，耐热性好，介电性好，基板通孔可金属化，实现双面和多层印刷层与层间电路导通，环氧玻纤布覆铜板是覆铜板全部品质中用途最广、用量最大一类。广泛用于移动通讯，数字电视，卫星，雷达等产品中。在全世界各类覆铜板中，纸基覆铜板和环氧玻纤布覆铜板约占92%(2)在NEMA标准中，环氧玻纤布覆铜板有四种型号：G10(不组燃）、G11(保留热强度，不阻燃）、FR-4（阻燃）、FR-5(保留热强度，阻燃）。当前环氧玻纤布覆铜板中，FR-4板用量占90%以上，它已经发展成为可适合用于不一样用途环氧玻纤布覆铜板总称；PCB基材及工艺设计工艺标准第10页环氧玻纤布基板主要组成:

E型玻纤布(GlassFiberPaper)型号

7628、2116、1080、3313、1500、106等环氧树脂（Resin）双官能团树脂、多官能团树脂；铜箔（Copper）电解铜箔（1/3OZ,1/2OZ,10Z,20Z,30Z,50Z)

压延铜箔（主要应用在绕性覆铜板上）固化剂

DICYNOVOLAC

玻璃布PCB基材及工艺设计工艺标准第11页玻璃布

常见半固化片规格型号10802116L2116A2116H15007628L7628A7628H7628M厚度mil344.55677.59.38PCB基材及工艺设计工艺标准第12页树脂基板材料生产过程中，高分子树脂（PolymerResin)是主要原料之一，依据不一样类型基板要求，能够采取不一样树脂，惯用有：酚酫树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂，聚酯树脂以及一些特殊树脂如PI、PTFE、BT、PPE。PCB基材及工艺设计工艺标准第13页铜箔按照铜箔不一样制法可分为压延铜箔和电解铜箔两大类。（1）压延铜箔是将铜板经过屡次重复辊轧而制成原箔（也叫毛箔），依据要求进行粗化处理。因为压延加工工艺限制，其宽度极难满足刚性覆铜板要求，所以在刚性覆铜板上使用极少；因为压延铜箔耐折性和弹性系数大于电解铜箔，故适于柔性覆铜箔上；（2）电解铜箔是将铜先溶解制成溶液，再在专用电解设备中将硫酸铜电解液在直流电作用下，电沉积而制成铜箔，然后依据要求对原箔进行表面处理、耐热层处理和防氧化等一系列表面处理。PCB基材及工艺设计工艺标准第14页复合基板(compositeepoxymaterial)面料和芯料由不一样增强材料组成刚性覆铜板，称为复合基覆铜板。这类板主要是CEM系列覆铜板。其中CEM-1(环氧纸基芯料)和CEM-3(环氧玻璃无纺布芯料)是CEM中两个主要品种。含有优异机械加工性，适合冲孔工艺；因为增强材料限制，普通板材最薄厚度为0.6mm，最厚为2.0mm;填料不一样能够使得基材有不一样功效：如适合LED用白板、黑板；家电行业用高CTI板等等；

CEM-1CEM-1覆铜板结构：由两种不一样基材组成，即面料是玻纤布，芯料是纸或玻璃纸，树脂均是环氧树脂。产品以单面覆铜板为主；CEM-1覆铜板特点：产品主要性能优于纸基覆铜板；含有优异机械加工性；成本低于玻纤覆铜板；

CEM-3CEM-3是性能水平、价格介于CEM-1和FR-4之间复合型覆铜板层压板，这种板材用浸渍环氧树脂玻纤布作板面，环氧树脂玻纤纸作芯料，单面或双面覆盖铜箔后热压而成。PCB基材及工艺设计工艺标准第15页复合基板CEM增强材料料

玻璃纸或纤维纸

CEM-3玻璃纸

CEM-1纤维纸玻璃布

7628为主要填料氢氧化铝、滑石粉等等玻纤纸PCB基材及工艺设计工艺标准第16页铜箔玻璃布面料芯料玻璃布面料铜箔复合基板结构PCB基材及工艺设计工艺标准第17页PCB基材及工艺设计工艺标准第18页CCL厚度分布范围FR-4Min.0.05mmtoMax.3.2mmCEM-3Min.0.6mmtoMax.1.6mmPCB基材及工艺设计工艺标准第19页积层电路板板材：覆铜箔树脂RCC

覆铜箔树脂RCC

定义：RCC是在极薄电解铜箔（厚度普通不超出18um)粗化面上精密涂覆上一层或两层特殊环氧树脂或其它高性能树脂（树脂厚度普通60-80um），经烘箱干燥脱去溶剂、树脂半固片到达B阶形成。RCC在HDI多层板制作过程中，取代传统黏结片与铜箔作用，作为绝缘介质导电层，能够采取非机械钻孔技术（通常为激光成孔等新技术）形成微孔，到达电气连通，从而实现印制板高密度化。PCB基材及工艺设计工艺标准第20页积层电路板板材：覆铜箔树脂RCC

覆铜箔树脂RCCRCC组成：RCC是在超薄铜箔粗化面上涂覆一层能满足特定性能要求高性能树脂组合物，然后经烘箱干燥半固化，在铜箔粗化面上形成一层厚度均匀树脂而组成，结构图以下：

树脂层30-100um铜箔普通9、12、18umPCB基材及工艺设计工艺标准第21页生益普通FR-4(S1141)性能指标PCB基材及工艺设计工艺标准第22页基材常见性能指标：Tg温度

玻璃化转变温度（Tg)

当前FR-4板Tg值普通在130-140度，而在印制板制程中，有几个工序问题会超出此范围，对制品加工效果及最终状态会产生一定影响。所以，提升Tg是提升FR-4耐热性一个主要方法。其中一个主要伎俩就是提升固化体系关联密度或在树脂配方中增加芳香基含量。在普通FR-4树脂配方中，引入部分三官能团及多功效团环氧树脂或是引入部分酚酫型环氧树脂，把Tg值提升到160-200度左右。

PCB基材及工艺设计工艺标准第23页PCB基材及工艺设计工艺标准第24页基材常见性能指标：介电常数DK介电常数

伴随电子技术快速发展，信息处理和信息传输速度提升，为了扩大通讯通道，使用频率向高频领域转移，它要求基板材料含有较低介电常数e和低介电损耗正切tg。只有降低e才能取得高信号传输速度，也只有降低tg,才能降低信号传输损失。

(关于介电常数e和介电损耗正切tg和传输速度、传输损失关系详见特殊板材：PTFE一章)PCB基材及工艺设计工艺标准第25页基材常见性能指标：热膨胀系数热膨胀系数（CTE）伴随印制板精密化、多层化以及BGA,CSP等技术发展，对覆铜板尺寸稳定性提出了更高要求。覆铜板尺寸稳定性即使和生产工艺相关，但主要还是取决于组成覆铜板三种原材料：树脂、增强材料、铜箔。通常采取方法是（1）对树脂进行改性，如改性环氧树脂（2）降低树脂含量百分比,但这么会降低基板电绝缘性能和化学性能；铜箔对覆铜板尺寸稳定性影响比较小。PCB基材及工艺设计工艺标准第26页TMA曲线图PCB基材及工艺设计工艺标准第27页基材常见性能指标：UV阻挡性能

UV阻挡性能今年来，在电路板制作过程中，伴随光敏阻焊剂推广使用，为了防止两面相互影响产生重影，要求全部基板必须含有屏蔽UV功效。阻挡紫外光透过方法很多，普通能够对玻纤布和环氧树脂中一个或两种进行改性，如使用含有UV-BLOCK和自动化光学检测功效环氧树脂。

PCB基材及工艺设计工艺标准第28页几个高性能板材耐CAF板材无卤素板材ROHS标准和符合ROHS标准板材聚四氟乙烯(PTFE)PPE玻纤布覆铜板BTPCB基材及工艺设计工艺标准第29页高性能板材：耐CAF板材耐CAF板材伴随电子工业飞速发展，电子产品轻、薄、短、小化，PCB孔间距和线间距就会变越来越小，线路也越来越细密，这么一来PCB耐离子迁移性能就变越来越重视。离子迁移（ConductiveAnodicFilament简称CAF），最先是由贝尔试验室研究人员于1955年发觉，它是指金属离子在电场作用下在非金属介质中发生电迁移化学反应，从而在电路阳极、阴极间形成一个导电通道而造成电路短路。PCB基材及工艺设计工艺标准第30页为何会提出耐离子迁移性？伴随电子产品多功效化与轻薄小型化，使得线路板线路与孔越来越细密，绝缘距离愈加短小，这对绝缘基材绝缘性能要求更高。尤其是在潮湿环境下，因为基材吸潮性，玻璃与树脂界面结合为最微弱点，基材中可水解游离离子迟缓聚集，这些离子在电场作用下在电极间移动而形成导电通道，假如电极间距离越小，形成通道时间越短，基材绝缘破坏越快。过去因为线路密度小，电子产品使用10万小时以上也没有问题，现在密度高可能1万小时就发生绝缘性能下降现象。所以对基材提出了耐离子迁移问题。PCB基材及工艺设计工艺标准第31页离子迁移对电子产品危害1）电子产品信号变差，性能下降，可靠性下降。2）电子产品使用寿命缩短。3）能耗提升。4）绝缘破坏，可能出现短路而发生火灾安全问题。PCB基材及工艺设计工艺标准第32页高性能板材：耐CAF板材

耐CAF板材迁移形式离子迁移形式有孔与孔（HoleToHole）、孔与线（HoleToLine）、线与线（LineToLine）、层与层（LayerToLayer），其中最轻易发生在孔与孔之间。以下列图所表示:

PCB基材及工艺设计工艺标准第33页离子迁移四种情形a）孔间b）导线与孔c）层间d）导线间AnodeCathodeE-glassfibers~10mmdia.PWBCAFAnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.AnodeCathodePWBCAFE-glassfibers~10mmdia.(a)(d)(b)(c)AnodeCathodePCB基材及工艺设计工艺标准第34页TestCondition：85℃、85%RH，DC50VSampleConstruction：TH-TH0.65mm,Space0.25mm,L-L0.10mmSampleType：FR-4S1170PCB基材及工艺设计工艺标准第35页普通FR-4S1141耐CAFFR-4S1141KFPCB基材及工艺设计工艺标准第36页板材发展趋势：两大发展趋势无卤化；无铅化；

PCB基材及工艺设计工艺标准第37页ROHS标准ROHS标准定义RoHS是《电气、电子设备中限制使用一些有害物质指令》(theRestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesinelectricalandelectronicequipment)英文缩写。此指令主要是对产品中铅、汞、镉、六价铬、聚溴联苯(PBB)及聚溴联苯醚(PBDE)含量进行限制。不符合ROHS标准有害物质RoHS一共列出六种有害物质，包含：铅Pb，镉Cd，汞Hg，六价铬Cr6＋，聚溴联苯PBB，聚溴联苯醚PBDE。ROHS标准实施时间欧盟将在7月1日实施RoHS，到时，不符合标准电气电子产品将不允许进入欧盟市场。ROHS工艺实施当前印制板采取无铅化表面处理方法有涂覆可焊性有机保护层（OSP）、电镀镍/金，化学镀镍/金、电镀锡、化学镀锡、化学镀银、热风整平无铅焊锡等。这些表面处理方法有在印制板产品得到大量应用，有还在推广中。无铅焊锡热风整平工艺与设备也已进入试用之中。PCB基材及工艺设计工艺标准第38页板材发展趋势：无卤和无铅被列入禁用六种有害物质与印制板直接相关是铅、聚溴联苯（PBB）和聚溴二苯醚（PBDE）。铅是用于印制板板面连接盘上可焊性锡铅涂覆层，有热风整平锡铅焊料或电镀锡铅形成；PBB与PBDE类溴化物是用作印制板基材覆铜箔层压板与半固化片阻燃剂，被混合在树脂中。PCB基材及工艺设计工艺标准第39页性能板材:无卤素板材无卤素板材，还有以下其它称呼：环境保护型覆铜板EnvironmentalProtectionCCL

无卤型覆铜板Halogen-FreeCCL

绿色覆铜板GreenCCL

无卤无锑型覆铜板Halogen/AntimonyFreeCCL

环境调和型覆铜板EnvironmentallyConsciousCCL

环境友好型覆铜板Environment-FriendlyCCLPCB基材及工艺设计工艺标准第40页高性能板材：无卤素板材无卤素板材定义：①阻燃性到达UL94V-0级。②不含卤素（JPCA标准:Cl≤900ppm、Br≤900ppm)、锑、红磷等，板材燃烧时发烟量少、难闻气味少。③在生产、加工、应用、火灾、废弃处理（回收、掩埋、燃烧）过程中，不会产生对人体和环境有害物质。④普通性能与普通板材相同，到达IPC-4101标准。⑤PCB加工性与普通板材基本相同。⑥以后它还要求节能、能回收利用。PCB基材及工艺设计工艺标准第41页高性能板材:无卤素板材无卤素板材开发背景（一）：电子工业飞速发展，造成了电气电子产品废弃物（WEEE）骤增。据统计，欧盟每年产生WEEE高达六百万吨（人均14kg），预计未来2-3年将增至约900万吨！报废电器在处理、回收利用时，含有铅、汞等重金属和卤素会对环境(水、土壤、空气等)造成污染。据相关资料显示，我国每年有数千吨印制线路板遗弃并混进普通生活垃圾。PCB基材及工艺设计工艺标准第42页高性能板材:无卤素板材无卤素板材开发背景(二)：上世纪七、八十年代，德国和意大利阻燃剂有教授认为吸入Sb2O3粉尘会致肺癌。1982年，瑞士联邦研究所发觉，含卤化合物不完全燃烧时（燃烧温度510~630℃）会产生二噁英。1985年，德国绿色和平组织员在含溴化合物材料燃烧产物中检验出二噁英。同时，荷兰牧场主反应，燃烧含溴化合物废弃产品时，检测到烟尘中有二噁英化学结构物质。上世纪九十年代中期，日本厚生省指出，在焚烧炉废气中发觉二噁英。PCB基材及工艺设计工艺标准第43页高性能板材:无卤素板材怎样制作无卤素PCB板

环境保护型PCB不但要求采取环境保护型覆铜板，也要求所用化学原料和制作工艺环境保护化，例，用次亚磷酸钠或硼氢化物作还原剂进行化学镀铜，而不用有害甲醛；采取羟基磺酸来取代氟硼酸；用锡镀层取代铅锡合金镀层等；采取无氟无铅镀锡；采取银浆贯孔工艺；采取无铅焊接工艺（Pb-free）等等。PCB基材及工艺设计工艺标准第44页板材发展趋势：无铅化无铅化：(1)印制板上涂覆锡铅焊料早就存在，而且是当前应用最多、可焊性最有效印制板连接盘保护层。印制板表面涂覆锡铅焊料工艺方法有热风整平锡铅焊料或电镀锡铅合金，依据欧盟和相关国家法规在国家法规在7月前将完全被取消。当前印制板采取无铅化表面处理方法有涂覆可焊性有机保护层（OSP）、电镀镍/金，化学镀镍/金、电镀锡、化学镀锡、化学镀银、热风整平无铅焊锡等。这些表面处理方法有在印制板产品得到大量应用，有还在推广中。无铅焊锡热风整平工艺与设备也已进入试用之中。PCB基材及工艺设计工艺标准第45页板材发展趋势：无铅化无铅化：

(2)代替锡铅焊料无铅焊料，有锡银焊料、锡银铅焊料、锡锌焊料，锡