【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 板（ Copperclad Laminate 簡(jiǎn)稱 CCL ）做為原料而制造的電器或電子的重要機(jī)構(gòu)組件 ,故從事電路板之上下游業(yè)者必須對(duì)基板有所了解 :有那些種類的基板 ,它們是如何制造出來(lái)的 ,使用于何種產(chǎn)品 , 它們各有那些優(yōu)劣點(diǎn) ,如此才能選擇適當(dāng)?shù)幕?.表 簡(jiǎn)單列出不同基板的適用場(chǎng)合 . 基板工業(yè)是一種材料的基礎(chǔ)工業(yè)， 是由介電層（樹脂 Resin ，玻璃纖維 Glass fiber ），及高純度的導(dǎo)體 (銅箔 Copper foil )二者所構(gòu)成的復(fù)合材料（ Composite material），其所牽涉的理論及實(shí)務(wù)不輸于電 路板本身的制作。 以下即針對(duì)這二個(gè)主要組成做深入淺出的探討 . 介電層 樹脂 Resin 前言 目前已使用于線路板之樹脂類別很多 ,如酚醛樹脂（ Phoic ）、環(huán)氧樹脂（ Epoxy ）、 7 聚亞醯胺樹脂（ Polyamide ）、聚四氟乙烯（ Polytetrafluorethylene，簡(jiǎn)稱 PTFE 或稱 TEFLON），B 一三氮 樹脂（ Bismaleimide Triazine 簡(jiǎn)稱 BT ）等皆為熱固型的樹脂（ Thermosetted Plastic Resin）。 酚醛樹脂 Phenolic Resin 是人類最早開發(fā)成功而又商業(yè)化的聚合物。是由液態(tài)的酚（ phenol）及液態(tài)的甲醛（ Formaldehyde 俗稱 Formalin ）兩種便宜的化學(xué)品， 在酸性或堿性的催化條件下發(fā)生立體架橋（ Crosslinkage ）的連續(xù)反應(yīng)而硬化成為固態(tài)的合成材料。其反應(yīng)化學(xué)式見圖 1910 年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布纖維而做成一種堅(jiān)硬強(qiáng)固，絕緣性又好的材料稱為 Bakelite，俗名為電木板或尿素板。 美國(guó)電子制造業(yè)協(xié)會(huì) (NEMANationl Electrical Manufacturers Association) 將不同的組合冠以不同的編號(hào)代字而為業(yè)者所廣用 , 現(xiàn)將酚醛樹脂之各產(chǎn)品代字列表，如表 NEMA 對(duì)于酚醛樹脂板的分類及代碼 表中紙質(zhì)基板代字的第一個(gè) X 是表示機(jī)械性用途，第二個(gè) X 是表示可用電性用途。 第三個(gè) X 是表示可用有無(wú)線電波及高濕度的場(chǎng)所。 P 表示需要加熱才能沖板子（ Punchable ），否則材料會(huì)破裂， C 表示可以冷沖加工（ cold punchable ）， FR 表示樹脂中加有不易著火的物質(zhì)使基板有難燃 (Flame Retardent) 或抗燃 (Flame resistance) 性。 紙質(zhì)板中最暢銷的是 XXXPC 及 FR2．前者在溫度 25 ℃ 以上 ,厚度在 .062in 以下就可以沖制成型很方便，后者的組合與前完全相同，只是在樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。以下介紹幾個(gè)較常使用紙質(zhì)基板及其特殊用途 : A 常使用紙質(zhì)基板 a. XPC Grade：通常應(yīng)用在低電壓、低電流不會(huì)引起火源的消費(fèi)性電子產(chǎn)品， 如玩具、手提收音機(jī)、電 話機(jī)、計(jì)算器、遙控器及鐘表等等。 UL94 對(duì) XPC Grade 要求只須達(dá)到 HB難燃等級(jí)即可。 b. FR1 Grade：電氣性、難燃性優(yōu)于 XPC Grade，廣泛使用于電流及電壓比 XPC Grade稍高的電器用品，如彩色電視機(jī)、監(jiān)視器、 VTR、家庭音響、洗衣機(jī)及吸塵器等等。 UL94要求 FR1難燃性有 V0、 V1 與 V2 不同等級(jí)，不過由于三種等級(jí)板材價(jià)位差異不大，而且考慮安全起見，目前電器界幾乎全采用 V0 級(jí)板材。 c. FR2 Grade：在與 FR1比較下，除電氣性能要求稍高外，其它物性并 沒有特別之處，近年來(lái)在紙質(zhì)基板業(yè)者努力研究改進(jìn) FR1 技術(shù)， FR1 與 FR2 的性質(zhì)界線已漸模糊 ,FR2 等級(jí)板材在不久將來(lái)可能會(huì)在偏高價(jià)格因素下被 FR1 所取代。 B. 其它特殊用途： a. 銅鍍通孔用紙質(zhì)基板 主要目的是計(jì)劃取代部份物性要求并不高的 FR4 板材，以便降低 PCB 的成 本 . b. 銀貫孔用紙質(zhì)基板 時(shí)下最流行取代部份物性要求并不很高的 FR4 作通孔板材，就是銀貫孔用 紙質(zhì)基板印刷電路板兩面線路的導(dǎo)通，可直接借由印刷方式將銀膠 (Silver Paste) 涂布于孔壁上， 經(jīng)由高溫硬化，即成為導(dǎo)通體，不像一般 FR4 板材的銅鍍通 孔，需經(jīng)由活化、化學(xué)銅、電鍍銅、錫鉛等繁雜手續(xù)。 b1 基板材質(zhì) 1) 尺寸安定性： 8 除要留意 X、 Y軸 (纖維方向與橫方向 )外，更要注意 Z 軸 (板材厚度方向 )，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導(dǎo)體的斷裂。 2) 電氣與吸水性： 許多絕緣體在吸濕狀態(tài)下，降低了絕緣性，以致提供金屬在電位差趨動(dòng)力下 發(fā)生移行的現(xiàn)象， FR4在尺寸安性、電氣性與吸水性方面都比 FR1 及 XPC 佳，所以生產(chǎn)銀貫孔印刷電路板時(shí)，要選用特制 FR1 及 XPC 的紙質(zhì)基板 .板材。 導(dǎo)體材質(zhì) 1) 導(dǎo)體材質(zhì) 銀及碳墨貫孔印刷電路的導(dǎo)電方式是利用銀及石墨微粒鑲嵌在聚合體內(nèi)， 藉由微粒的接觸來(lái)導(dǎo)電，而銅鍍通孔印刷電路板，則是借由銅本身是連貫的 結(jié)晶體而產(chǎn)生非常順暢的導(dǎo)電性。 2) 延展性： 銅鍍通孔上的銅是一種連續(xù)性的結(jié)晶體，有非常良好的延展性，不會(huì)像銀、 碳墨膠在熱脹冷縮時(shí)，容易發(fā)生界面的分離而降低導(dǎo)電度。 3) 移行性： 銀、銅都是金屬材質(zhì)，容易發(fā)性氧化、還原作用造成銹化及移行現(xiàn)象，因 電位差的不同，銀比銅在 電位差趨動(dòng)力下容易發(fā)生銀遷移 (Silver Migration)。 c. 碳墨貫孔 (Carbon Through Hole)用紙質(zhì)基板 . 碳墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性，石墨所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧珒H僅是作簡(jiǎn) 單的訊號(hào)傳遞者，所以 PCB 業(yè)界對(duì)積層板除了碳墨膠與基材的密著性、翹 曲度外，并沒有特別要求 .石墨因有良好的耐磨性，所以 Carbon Paste 最早期 是被應(yīng)用來(lái)取代 Key Pad 及金手指上的鍍金，而后延伸到扮演跳線功能。 碳墨貫孔印刷電路板的負(fù)載電流通常設(shè)計(jì)的很低，所以業(yè)界大都采用 XPC 等級(jí)， 至于厚度方面，在考慮輕、薄、短、小與印刷貫孔性因素下，常通選 用 、 或 厚板材。 d. 室溫沖孔用紙質(zhì)基板 其特征是紙質(zhì)基板表面溫度約 40℃以下，即可作 Pitch為 的 IC 密 集孔的沖模，孔間不會(huì)發(fā)生裂痕，并且以減低沖模時(shí)紙質(zhì)基板冷卻所造成線 路精準(zhǔn)度的偏差，該類紙質(zhì)基板非常適用于細(xì)線路及大面積的印刷電路板。 e. 抗漏電壓 (AntiTrack)用紙質(zhì)基板 人類的生活越趨精致，對(duì)物品的要求且也就越講就短小輕薄，當(dāng)印刷電路板 的線路設(shè)計(jì)越密集，線距也就越小，且在高功能性的 要求下，電流負(fù)載變大 了，那么線路間就容易因發(fā)生電弧破壞基材的絕緣性而造成漏電，紙質(zhì)基板 業(yè)界為解決該類問題，有供應(yīng)采用特殊背膠的銅箔所制成的抗漏電壓 用紙質(zhì)基板 環(huán)氧樹脂 Epoxy Resin 是目前印刷線路板業(yè)用途最廣的底材。在液態(tài)時(shí)稱為清漆或稱凡立水（ Varnish) 或稱為 Astage， 玻璃布在浸膠半干成膠片后再經(jīng)高溫軟化液化而呈現(xiàn)黏著性而用于雙面基板制作或多層板之壓合用稱 Bstage prepreg ,經(jīng)此壓合再硬化而無(wú)法回復(fù)之最終狀態(tài)稱為 Cstage。 傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的組成及其性質(zhì) 用于基板之環(huán)氧樹脂之單體一向都是 Bisphenol A 及 Epichlorohydrin 用 dicy 做為架橋劑所形成的聚合物。為了通過燃性試驗(yàn) (Flammability test), 將上述仍在液態(tài)的樹脂再與TetrabromoBisphenol A 反應(yīng)而成為最熟知 FR4 傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂?，F(xiàn)將產(chǎn)品之主要成份列于后 : 單體 Bisphenol A, Epichlorohydrin 架橋劑 (即硬化劑 ) 雙氰 Dicyandiamide 簡(jiǎn)稱 Dicy 9 速化劑 (Accelerator)BenzylDimethylamine ( BDMA ) 及 2 Methylimidazole ( 2MI ) 溶劑 Ethylene glycol monomethy ether( EGMME ) Dimethy formamide (DMF) 及稀釋劑 Acetone ,MEK。 填充劑 (Additive) 碳酸鈣、硅化物、 及氫氧化鋁 或 化物等增加難燃效果。 填充劑可調(diào)整其 Tg. A. 單體及低分子量之樹脂 典型的傳統(tǒng)樹脂一般稱為雙功能 的環(huán)氣樹脂 ( Difunctional Epoxy Resin),見圖 . 為了達(dá)到使用安全的目的 ， 特于樹脂的分子結(jié)構(gòu)中加入溴原子 ， 使產(chǎn)生部份碳溴之結(jié)合而呈現(xiàn)難燃的效果。也就是說(shuō)當(dāng)出現(xiàn)燃燒的條件或環(huán)境時(shí)，它要不容易被點(diǎn)燃，萬(wàn)一已點(diǎn)燃在燃燒環(huán)境消失后，能自己熄滅而不再繼續(xù)延燒。見圖 NEMA 規(guī)范中稱為 FR4。(不含溴的樹脂在 NEMA 規(guī)范中稱為 G10) 此種含溴環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)很多如介電常數(shù)很低，與銅箔的附著力很強(qiáng)，與玻璃纖維結(jié)合后之撓性強(qiáng)度很不錯(cuò)等。 B. 架橋劑 (硬 化劑 ) 環(huán)氧樹脂的架橋劑一向都是 Dicey,它是一種隱性的 (latent) 催化劑 , 在高溫 160℃之下才發(fā)揮其架橋作用，常溫中很安定，故多層板 Bstage 的膠片才不致無(wú)法儲(chǔ)存。 但 Dicey的缺點(diǎn)卻也不少， 第一是吸水性 (Hygroscopicity)，第二個(gè)缺點(diǎn)是難溶性。溶不掉自然難以在液態(tài)樹脂中發(fā)揮作用。早期的基板商并不了解下游電路板裝配工業(yè)問題，那時(shí)的 dicey 磨的不是很細(xì)，其溶不掉的部份混在底材中，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間聚集的吸水后會(huì)發(fā)生針狀的再結(jié)晶 , 造成許多爆板的問題。當(dāng)然現(xiàn)在的基板 制造商都很清處它的嚴(yán)重性 ,因此已改善此點(diǎn) . C. 速化劑 用以加速 epoxy 與 dicey 之間的架橋反應(yīng)， 最常用的有兩種即 BDMA 及 2MI。 D. Tg 玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度 高分子聚合物因溫度之逐漸上升導(dǎo)致其物理性質(zhì)漸起變化，由常溫時(shí)之無(wú)定形或部份結(jié)晶之堅(jiān)硬及脆性如玻璃一般的物質(zhì)而轉(zhuǎn)成為一種黏滯度非常高 ,柔軟如橡皮一般的另一種狀態(tài)。傳統(tǒng) FR4 之 Tg 約在 115120℃之間，已被使用多年，但近年來(lái)由于電子產(chǎn)品各種性能要求愈來(lái)愈高 ,所以對(duì)材料的特性也要求日益嚴(yán)苛，如抗?jié)裥?、抗化?、抗溶劑性、抗熱性 ,尺寸安定性等都要求改進(jìn) ,以適應(yīng)更廣泛的用途 , 而這些性質(zhì)都與樹脂的 Tg 有關(guān) , Tg 提高之后上述各種性質(zhì)也都自然變好。例如 Tg 提高后 , ， 使基板在 X 及 Y 方向的膨脹減少，使得板子在受熱后銅線路與基材之間附著力不致減弱太多，使線路有較好的附著力。 Z 方向的膨脹減小后，使得通孔之孔壁受熱后不易被底材所拉斷。 c. Tg 增高后，其樹脂中架橋之密度必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶劑性，使板子受熱后不易發(fā)生白點(diǎn)或織紋顯露，而有更好的強(qiáng)度及介電性 .至于 尺寸的安定性 ,由于自動(dòng)插裝或表面裝配之嚴(yán)格要求就更為重要了。因而近年來(lái)如何提高環(huán)氧樹脂之 Tg 是基板材所追求的要?jiǎng)?wù)。 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(wú)外在因素予以撲滅時(shí)， 會(huì)不停的一直燃燒下去直到分子中的碳?xì)溲趸虻紵戤厼橹埂Ｈ粼谄浞肿又幸凿迦〈藲涞奈恢茫? 使可燃的碳?xì)滏I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(qiáng)很多，但卻降低了樹脂與銅皮以及玻璃間的黏著力，而且萬(wàn)一著火后更會(huì)放出劇毒的溴氣，會(huì)帶來(lái)的不良后果。 10 高性能環(huán)氧樹脂 (Multifunctional Epoxy) 傳統(tǒng)的 FR4 對(duì)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(jìn)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(yīng)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(diǎn)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(qiáng) ,對(duì)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?，而且不?huì)發(fā)生像 Novolac那樣的缺點(diǎn)。最早是美國(guó)一家 叫 Polyclad 的基板廠所引進(jìn)的。四功能比起 Novolac 來(lái)還有一種優(yōu)點(diǎn)就