【文章內(nèi)容簡介】 E. FR4 難燃性環(huán)氧樹脂 傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂遇到高溫著火后若無外在因素予以撲滅時， 會不停的一直燃燒下去直到分子中的碳氫氧或氮燃燒完畢為止。若在其分子中以溴取代了氫的位置， 使可燃的碳氫鍵化合物一部份改換成不可燃的碳溴鍵化合物則可大大的降低其可燃性。此種加溴之樹脂難燃性自然增強很多，但卻降低了樹脂與銅皮以及玻璃間的黏著力，而且萬一著 火后更會放出劇毒的溴氣，會帶來的不良后果。 高性能環(huán)氧樹脂 (Multifunctional Epoxy) 傳統(tǒng)的 FR4 對今日高性能的線路板而言已經(jīng)力不從心了， 故有各種不同的樹脂與原有的環(huán)氧樹脂混合以提升其基板之各種性質(zhì)， A. Novolac 最早被引進的是酚醛樹脂中的一種叫 Novolac 者 ,由 Novolac 與環(huán)氧氯丙烷所形成的酯類稱為 Epoxy Novolacs，見圖 之反應式 . 將此種聚合物混入 FR4 之樹脂， 可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定 性 , Tg 也隨之提高，缺點是酚醛樹脂本身的硬度及脆性都很高而易鉆頭，加之抗化性能力增強 ,對于因鉆孔而造成的膠渣 (Smear) 不易除去而造成多層板 PTH 制程之困擾。 B. Tetrafunctional Epoxy 另一種常被添加于 FR4 中的是所謂 四功能的環(huán)氧樹脂 (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其與傳統(tǒng) 雙功能 環(huán)氧樹脂不同之處是具立體空間架橋 ,見圖 ， Tg 較高能抗較差的熱環(huán)境，且抗溶劑性、抗化性、抗?jié)裥约俺叽绨捕ㄐ砸埠煤芏?，而且?會發(fā)生像 Novolac 那樣的缺點。最早是美國一家叫 Polyclad 的基板廠所引進的。四功能比起 Novolac來還有一種優(yōu)點就是有更好的均勻混合。為保持多層板除膠渣的方便起見，此種四功能的基板在鉆孔后最好在烤箱中以 160 ℃烤 24 小時 , 使孔壁露出的樹脂產(chǎn)生氧化作用，氧化后的樹脂較容易被蝕除，而且也增加樹脂進一步的架橋聚合 ,對后來的制程也有幫助。因為脆性的關系 , 鉆孔要特別注意 . 上述兩種添加樹脂都無法溴化 ,故加入一般 FR4 中會降低其難燃性 . 聚亞醯胺樹脂 Polyimide(PI) A. 成份 主要由 Bismaleimide 及 Methylene Dianiline 反應而成的聚合物 ,見圖 . B. 優(yōu)點 電路板對溫度的適應會愈來愈重要，某些特殊高溫用途的板子，已非環(huán)氧樹脂所能勝任，傳統(tǒng)式 FR4 的 Tg 約 120℃ 左右，即使高功能的 FR4 也只到達 180190 ℃，比起聚亞醯胺的 260 ℃ 還有一大段距離 .PI 在高溫下所表現(xiàn)的良好性質(zhì) ,如良好的撓性、銅箔抗撕強度、抗化性、介電性、尺寸安定性皆遠優(yōu)于 FR4。鉆孔時不容易產(chǎn)生膠渣 ，對內(nèi)層企業(yè) ()大量管理資料下載 PCB 制造流程及說明 12 與孔壁之接通性自然比 FR4 好。 而且由于耐熱性良好，其尺寸之變化甚少，以 X 及 Y方向之變化而言，對細線路更為有利，不致因膨脹太大而降低了與銅皮之間的附著力。就 Z 方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機會。 C. 缺點 : ，不易達到 UL94 V0 的難燃要求。 ，或與銅箔之間的黏著力較差，不如環(huán)氧樹脂那么強，而且撓性也較差。 ，有吸濕性 (Hygroscopic), 而黏著性、延性又都很差。 (Varnish,又稱生膠水 ,液態(tài)樹脂稱之 )中所使用的溶劑之沸點較高，不易趕完，容易產(chǎn)生高溫下分層的現(xiàn)象。而且流動性不好 ,壓合不易填 滿死角 。 FR4 的 23 倍，故只有軍用板或 Rigid Flex 板才用的起。 在美軍規(guī)范 MILP13949H 中 , 聚亞醯胺樹脂基板代號為 GI. 聚四氟乙烯 (PTFE) 全名為 Polyterafluoroethylene ,分子式見圖 . 以之抽絲作 PTFE 纖維的商品名為 Teflon 鐵弗龍 ,其最大的特點是阻抗很高 (Impedance) 對高頻微波 (microwave) 通信用途上是無法取代的，美軍規(guī)范賦與 GT、 GX、及 GY 三種材料代字 ,皆為玻纖補強 type，其商用基板是由 3M 公司所制，目前這種材料尚無法大量投入生產(chǎn)，其原因有 : A. PTFE 樹脂與玻璃纖維間的附著力問題； 此樹脂很難滲入玻璃束中，因其抗化性特強，許多濕式制程中都無法使其反應及活化，在做鍍通孔時所得之銅孔壁無法固著在底材上，很難通過 MILP55110E 中 之固 著強度試驗。 由于玻璃束未能被樹脂填滿，很容易在做鍍通孔時造成玻璃中滲銅 (Wicking) 的出現(xiàn)，影響板子的可信賴度。 B. 此四氟乙烯材料分子結構，非常強勁無法用一般機械或化學法加以攻擊， 做蝕回時只有用電漿法 . C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常溫時呈可撓性， 也使線路的附著力及尺寸安定性不好。 表為四種不同樹脂制造的基板性質(zhì)的比較 . BT/EPOXY 樹脂 BT 樹脂也是一種熱固型樹脂，是日本三菱瓦斯化成公司 (Mitsubishi Gas Chemical Co.)在 1980 年研制成功。是由 Bismaleimide 及 Trigzine Resin monomer 二者反應聚合而成。其反應式見圖 。 BT 樹脂通常和環(huán)氧樹脂混合而制成基板。 A. 優(yōu)點 a. Tg點高達 180℃，耐熱性非常好， BT 作成之板材，銅箔的抗撕強度 (peel Strength)，企業(yè) ()大量管理資料下載 PCB 制造流程及說明 13 撓性強度亦非常理想鉆孔后的膠渣 (Smear)甚少 b. 可進行難燃處理，以達到 UL94V0 的要求 c. 介質(zhì)常數(shù)及散逸因子小，因此對于高頻及高速傳輸?shù)碾娐钒宸浅Ｓ欣? d. 耐化性 ，抗溶劑性良好 e. 絕緣性佳 B. 應用 a. COB 設計的電路板 由于 wire bonding過程的高溫，會使板子表面變軟而致打線失敗。 BT/EPOXY 高性能板材可克服此點。 b. BGA ,PGA, MCMLs 等半導體封裝載板 半導體封裝測試中，有兩個很重要的常見問題，一是漏電現(xiàn)象，或稱 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花現(xiàn)象 (受濕氣及高溫沖 擊 )。這兩點也是 BT/EPOXY 板材可以避免的。 Cyanate Ester Resin 1970 年開始應用于 PCB 基材，目前 Chiba Geigy有制作此類樹脂。其反應式如圖 。 A. 優(yōu)點 a. Tg可達 250℃，使用于非常厚之多層板 b. 極低的介電常數(shù) (~)可應用于高速產(chǎn)品。 B. 問題 a. 硬化后脆度高 . b. 對濕度敏感，甚至可能和水起反應 . 玻璃纖維 前言 玻璃纖維 (Fiberglass)在 PCB 基板中的功用，是作為補強材料?；宓难a強材料尚有其它種，如紙質(zhì)基 板的紙材， Kelvar(Polyamide 聚醯胺 )纖維，以及石英 (Quartz)纖維。本節(jié)僅討論最大宗的玻璃纖維。 玻璃 (Glass)本身是一種混合物，其組成見表它是一些無機物經(jīng)高溫融熔合而成，再經(jīng)抽絲冷卻而成一種非結晶結構的堅硬物體。此物質(zhì)的使用，已有數(shù)千年的歷史。做成纖維狀使用則可追溯至 17 世紀。真正大量做商用產(chǎn)品，則是由 OwenIllinois 及 Corning Glass Works 兩家公司其共同的研究努力后，組合成 OwensCorning Fiberglas Corporation 于 1939年正式生產(chǎn)制造。 玻璃纖維布 玻璃纖維的制成可分兩種，一種是連續(xù)式 (Continuous)的纖維另一種則是不連續(xù)式企業(yè) ()大量管理資料下載 PCB 制造流程及說明 14 (discontinuous)的纖維前者即用于織成玻璃布 (Fabric)，后者則做成片狀之玻璃席 (Mat)。 FR4等基材，即是使用前者， CEM3 基材，則采用后者玻璃席。 A. 玻璃纖維的特性 原始融熔態(tài)玻璃的組成成份不同，會影響玻璃纖維的特性，不同組成所呈現(xiàn)的差異，表中有詳細的區(qū)別，而且各有獨特及不同應用之處。按組成的不同 (見表 )，玻璃的等級可分四種 商品： A 級為高堿性， C 級為抗化性， E 級為電子用途， S 級為高強度。電路板中所用的就是 E 級玻璃，主要是其介電性質(zhì)優(yōu)于其它三種。 －玻璃纖維一些共同的特性如下所述： ：和其它紡織用纖維比較，玻璃有極高強度。在某些應用上，其強度 /重量比甚至超過鐵絲。 ：玻璃纖維為無機物，因此不會燃燒 ：可耐大部份的化學品，也不為霉菌，細菌的滲入及昆蟲的功擊。 ：玻璃并不吸水，即使在很潮濕的環(huán)境，依然保持它的機械強度。 ：玻纖有很 低的熬線性膨脹系數(shù)，及高的熱導系數(shù)，因此在高溫環(huán)境下有極佳的表現(xiàn)。 ：由于玻璃纖維的不導電性，是一個很好的絕緣物質(zhì)的選擇。 PCB 基材所選擇使用的 E 級玻璃，最主要的是其非常優(yōu)秀的抗水性。因此在非常潮濕，惡劣的環(huán)境下，仍然保有非常好的電性及物性一如尺寸穩(wěn)定度。 －玻纖布的制作： 玻璃纖維布的制作，是一系列專業(yè)且投資全額龐大的制程本章略而不談． 銅箔 (copper foil) 早期線路的設計粗粗寬寬的 ,厚度要求亦不挑剔 ,但演變至今日線寬 3,4mil,甚至更細 (現(xiàn)國內(nèi)已有工廠開發(fā) 1 mil 線寬 ),電阻要求嚴苛 .抗撕強度 ,表面 Profile 等也都詳加規(guī)定 .所以對銅箔發(fā)展的現(xiàn)況及驅(qū)勢就必須進一步了解 . 傳統(tǒng)銅箔 輾軋法 (Rolledor Wrought Method) 是將銅塊經(jīng)多次輾軋制作而成，其所輾出之寬度受到技術限制很難達到標準尺寸基板的要求 (3 呎 *4 呎 ) ,而且很容易在輾制過程中造成報廢，因表面粗糙度不夠 ,所以與樹脂之結合能力比較不好，而且制造過程中所受應力需要做熱處理之回火軔化 (Heat treatment or Annealing),故其成本較高。 企業(yè) ()大量管理資料下載 PCB 制造流程及說明 15 A. 優(yōu)點 . a. 延展性 Ductility高 ,對 FPC 使用于動態(tài)環(huán)境下 ,信賴度極佳 . b. 低的表面棱線 Lowprofile Surface,對于一些 Microwave 電子應用是一利基 . B. 缺點 . a. 和基材的附著力不好 . b. 成本較高 . c. 因技術問題 ,寬度受限 . 電鍍法 (Electrodeposited Method) 最常使用于基板上的銅箔就是 ED 銅 .利用各 種廢棄之電線電纜熔解成硫酸銅鍍液，在殊特深入地下的大型鍍槽中，陰陽極距非常短 ,以非常高的速度沖動鍍液，以 600 ASF 之高電流密度，將柱狀 (Columnar) 結晶的銅層鍍在表面非常光滑又經(jīng)鈍化的 (passivated) 不銹鋼大桶狀之轉胴輪上 (Drum)，因鈍化處理過的不銹鋼胴輪上對銅層之附著力并不好，故鍍面可自轉輪上撕下，如此所鍍得的連續(xù)銅層 ,可由轉輪速度，電流密度而得不同厚度之銅箔，貼在轉胴之光滑銅箔表面稱為光面 (Drum side ), 另一面對鍍液之粗糙結晶表面稱為毛面 (Matte side) .此種銅箔 : A. 優(yōu)點 a. 價格便宜 . b. 可有各種尺寸與厚度 . B. 缺點 . a. 延展性差 , b. 應力極高無法撓曲又很容易折斷 . 厚度單位 一般生產(chǎn)銅箔業(yè)者為計算成本 , 方便訂價，多以每平方呎之重量做為厚度之計算單位， 如 Ounce (oz)的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重量 1 oz ()的銅層厚度 .經(jīng)單位換算 35 微米 (micron)或 mil. 一般厚度 1 oz 及 1/2 oz而超薄銅箔 可達 1/4 oz,或更低 . 新式銅箔介紹及研發(fā)方向 超薄銅箔 一般所說的薄銅箔是指 oz ( micron ) 以下，表三種厚度則稱超薄銅箔 3/8 oz 以下因本身太薄很不容易操作故需要另加載體 (Carrier) 才能做各種操作 (稱復合式 copper foil),否則很容易造成損傷。所用之載體有兩類，一類是以傳統(tǒng) ED 銅箔為載體 ,厚約 ,厚度約 3 . 超薄銅箔最 不易克服的問題就是 針孔 或 疏孔 (Porosity)，因厚度太薄 ,電鍍企業(yè) ()大量管理資料下載 PCB 制造流程及說明 16 時無法將疏孔完全填滿 .補救