眾所周知，印制電路板（PCB）的基本屬性取決于其基板材料的性能。因此，要提高電路板的性能，必須首先優(yōu)化基板材料的性能。迄今為止，為了滿足與新技術和市場趨勢相適應的要求，正在開發(fā)許多新類型的材料并將其投入應用。
近年來，印制電路板市場發(fā)生了轉變，其重點從臺式電腦等傳統(tǒng)硬件產品到服務器和移動終端之類的無線通信。以智能手機為代表的移動通信設備推動了PCB向高密度，輕便和多功能的方向發(fā)展。沒有基板材料，其技術要求與PCB的性能密切相關，就不可能實現(xiàn)印刷電路技術。因此，基板材料的選擇對于提高PCB及其最終產品的質量和可靠性起著至關重要的作用。
滿足高密度和細線的要求
- 對銅箔的要求
所有PCB板都朝著更高密度和更細線的方向發(fā)展，尤其是HDI PCB（高密度互連PCB）。十年前，HDI PCB被IPC定義為線寬（L）和線間距（S）為0.1mm或更小的PCB.但是，目前，目前電子工業(yè)中的L和S的標準值可小至60μm，在先進的情況下，其值可低至40μm。
傳統(tǒng)的電路圖案形成方法在于成像和蝕刻過程，其結果是，在使用薄銅箔基板（厚度在9μm至12μm范圍內）的情況下，L和S的最小值達到30μm。
由于薄銅箔覆銅箔覆銅板（CCL）具有成本高，堆疊多，缺陷多的特點，因此許多PCB制造商傾向于使用蝕刻減銅箔法代替銅箔厚度為18μm的銅箔。實際上不建議使用此方法，因為它包含太多的過程，厚度難以控制，導致成本更高。結果，較薄的銅箔更好。此外，當板的L和S值小于20μm時，標準銅箔不起作用。最后，建議使用超薄銅箔，因為其銅厚度應控制在3μm至5μm的范圍內。
除了銅箔的厚度，當前的精細電路還要求低粗糙度的銅箔表面。為了提高銅箔與基體材料之間的結合能力并確保導體的剝離強度，在銅箔平面上進行了粗化處理，普通銅箔的粗糙度大于5μm。
在銅箔上嵌入隆起到基板材料中旨在提高其剝離強度。然而，為了將引線精度控制為遠離電路蝕刻期間的過度蝕刻，趨于引起隆起污染，從而可能導致線之間的短路或絕緣能力降低，這特別影響精細電路。因此，需要低粗糙度（小于3μm甚至1.5μm）的銅箔。
盡管降低了銅箔的粗糙度，但仍然需要保持導體的剝離強度，這會在銅箔和基底材料的表面引起特殊的表面成型，這將有助于確保導體的剝離強度。
- 對絕緣電介質層壓板的要求
HDI PCB的主要技術特性之一是構建過程。通常使用的RCC（樹脂涂層銅）或預浸料環(huán)氧玻璃布和銅箔的層壓很少會導致電路精細?，F(xiàn)在傾向于使用SAP和MSPA，這意味著將絕緣電介質膜與化學鍍銅層壓在一起以生成銅導電平面。由于薄的銅平面，可以產生精細的電路。
SAP的關鍵點之一是層壓電介質材料。為了滿足高密度精細電路的要求，必須對層壓材料提出一些要求，包括介電性能，絕緣性，抗熱容量和粘合性，以及與HDI PCB兼容的技術適應性。
在全球半導體封裝中，IC封裝基板已從陶瓷基板轉換為有機基板。FC封裝基板的節(jié)距越來越小，因此L和S的當前典型值為15μm，并且將更小。
多層基板性能應強調低介電性能，低熱膨脹系數(shù)（CTE）和高耐熱性，這是指滿足性能目標的低成本基板。如今，通過精細電路的批量生產，應用了MSPA技術，將絕緣電介質疊層與薄銅箔結合在一起。SAP用于制造L和S值均小于10μm的電路圖案。
PCB的高密度和薄度導致HDI PCB從帶芯層壓變?yōu)槿魏尾粠镜膶?。對于具有相同功能的HDI PCB，在任何層上具有互連功能的PCB的面積和厚度都比具有芯層的PCB減少25％。這兩種HDI PCB均必須使用具有更好電性能的更薄介電層。
源自高頻和高速的需求
電子通信技術已經從有線發(fā)展到無線，從低頻低速發(fā)展到高頻高速。智能手機的性能已經從4G提升到5G，需要更快的傳輸速度和更大的傳輸量。
全球云計算時代的到來導致數(shù)據流量成倍增長，并且通信設備的高頻化和高速化趨勢明顯。為了滿足高頻和高速傳輸?shù)囊螅咝阅懿牧鲜亲钪匾囊?，除了減少信號干擾和消耗，信號完整性以及與PCB設計方面的設計要求兼容的制造。
工程師的主要工作是依靠電信號損失的屬性來提高PCB速度并處理信號完整性問題?；诔^十年的PCB制造商制造服務，作為影響基板材料選擇的關鍵因素，當介電常數(shù)（Dk）小于4且介電損耗（Df）小于0.010時，它被視為中間Dk / Df層壓板，當Dk低于3.7，Df低于0.005，被認為是低Dk / Df層壓板。目前，市場上可以買到多種類型的基板材料。
到目前為止，常用的高頻電路板基板材料主要有以下三種：氟系樹脂，PPO或PPE樹脂和改性環(huán)氧樹脂。具有最低介電性能的氟系列介電基板（例如PTFE）通常用于頻率為5GHz或更高的產品。改性環(huán)氧樹脂F(xiàn)R-4或PPO基板適用于頻率在1GHz至10GHz范圍內的產品。
比較這三種類型的高頻基板材料，環(huán)氧樹脂的價格最低，而氟系列樹脂的價格最高。在介電常數(shù)，介電損耗，吸水率和頻率特性方面，氟系樹脂表現(xiàn)最佳，而環(huán)氧樹脂則表現(xiàn)較差。當產品施加的頻率高于10GHz時，僅氟系列樹脂起作用。PTFE的缺點包括成本高，剛性差和熱膨脹系數(shù)高。
對于PTFE，可以將塊狀無機物（例如二氧化硅）用作填充材料或玻璃布，以增強基材的剛性并降低熱膨脹系數(shù)。此外，由于聚氟乙烯分子的惰性導致聚氟乙烯分子難以與銅箔結合，因此有必要實現(xiàn)與銅箔兼容的特殊表面成型。該處理方法在于對聚乙烯的表面進行化學蝕刻以增加表面粗糙度，或者添加粘合膜以增加粘附能力。隨著該方法的應用，可能會影響介電性能，并且必須對整個氟系列高頻電路進行進一步的開發(fā)。
由改性環(huán)氧樹脂或PPE與TMA，MDI和BMI結合玻璃布組成的獨特絕緣樹脂得到了更多的應用。與FR-4 CCL相似，它還具有出色的耐熱性和介電特性，機械強度以及PCB的可制造性，所有這些使得它比PTFE型基板更受歡迎。
除了對上述樹脂等絕緣材料的性能有要求外，作為導體的銅的表面粗糙度也是影響信號傳輸損耗的重要因素，這是集膚效應的結果。簡而言之，集膚效應是高頻信號傳輸中導線產生的電磁感應和電感變得如此集中在導線截面積的中心，驅動電流或信號集中在導線表面。導體的表面粗糙度在影響傳輸信號損耗方面起著關鍵作用，低粗糙度導致的損耗很小。
在相同的頻率下，銅的高表面粗糙度會導致高信號損耗。因此，在實際制造中必須控制表面銅的粗糙度，并且在不影響附著力的情況下應使其盡可能低。必須特別注意10 GHz或更高頻率范圍內的信號。銅箔的粗糙度要求小于1μm，最好使用粗糙度為0.04μm的超表面銅箔。銅箔的表面粗糙度必須與適當?shù)难趸幚砗驼澈蠘渲w系相結合。在不久的將來，可能會有一種銅箔沒有用樹脂涂覆的外形，并且它具有更高的剝離強度，并且不會影響介電損耗。
高耐熱性和散熱性的要求
隨著小型化和高功能化的發(fā)展趨勢，電子設備趨于產生大量的熱量，因此電子設備的熱管理要求越來越高的要求。解決此問題的方法之一是導熱PCB的研究與開發(fā)。PCB的耐熱性和散熱性良好的主要條件是基板的耐熱性和散熱性。PCB導熱能力方面的當前改進在于通過樹脂和填充劑的添加進行改進，但僅在有限的類別中起作用。典型的方法是應用IMS或起加熱組件作用的金屬芯PCB.與傳統(tǒng)的散熱器和風扇相比，該方法具有體積小，成本低的優(yōu)點。
鋁是一種非常吸引人的材料，具有資源豐富，成本低廉，導熱性能和強度都優(yōu)良的優(yōu)點。此外，它非常環(huán)保，可用于大多數(shù)金屬基材或金屬芯。由于具有經濟性，可靠的電連接，導熱性和高強度，無焊料和無鉛的優(yōu)點，鋁基電路板已應用于消費品，汽車，軍用產品和航空航天產品。毫無疑問，金屬基板的耐熱性和散熱性是關鍵，關鍵在于金屬板與電路板之間的粘合性能。
如何確定PCB的基板材料？
在現(xiàn)代電子時代，電子設備的小型化和薄型化導致必須出現(xiàn)剛性PCB和柔性/剛性PCB.那么哪種類型的基底材料適合它們呢？
剛性PCB和柔性/剛性PCB的應用領域不斷增加，在數(shù)量和性能方面提出了新的要求。例如，聚酰亞胺膜可分為多個類別，包括具有高耐熱性和低熱膨脹系數(shù)的透明，白色，黑色和黃色，以便應用于不同的情況。同樣，具有高成本效益的聚脂薄膜基材也因其具有高彈性，尺寸穩(wěn)定性，薄膜表面質量，光電耦合和耐環(huán)境性等優(yōu)點而被市場所接受，以滿足用戶多變的需求。
與剛性HDI PCB相似，柔性PCB必須適應高速高頻信號傳輸?shù)囊?，柔性基板材料的介電常?shù)和介電損耗也必須得到關注。柔性電路可以由聚四氟乙烯和先進的聚酰亞胺基材組成?？梢詫o機粉塵和碳纖維添加到聚酰亞胺樹脂中，以產生三層柔性導熱基底。無機填充材料可以是氮化鋁，氧化鋁或六方氮化硼。這種類型的基板材料具有1.51W / mK的導熱性能，并且能夠抵抗2.5kV的電壓和180度的曲率。
柔性PCB主要應用于智能手機，可穿戴設備，醫(yī)療設備和機器人技術，這對柔性PCB結構提出了新的要求。到目前為止，已經開發(fā)了一些包含柔性PCB的新產品，例如超薄柔性多層PCB，其厚度從0.4mm減小到0.2mm。通過使用具有低Dk和Df的聚酰亞胺襯底材料，高速傳輸柔性PCB可以達到5Gbps的傳輸速度。大功率柔性PCB采用厚度大于100μm的導體，以滿足大功率，大電流電路的要求。所有這些特殊的柔性PCB自然會獲得非常規(guī)的基板材料。
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