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第四节覆铜板性能特点及其用途

一、覆铜板所需具备的共同性能
　　由于在应用上的差异，各类覆铜板有不同的性能要求，但它们一般要具备一个共同的性能要求。这些性能要求可以概括为六个方面, 见表1-4-1所示。

表1-4-1 覆铜板的性能要求

	类别	项目
1	外观要求	金属箔面：凹坑、划痕、麻点、胶点、皱折、针孔等缺陷；表面平滑性、铜箔轮廓度等
1	外观要求	层压板面：胶点、压痕、缺胶、气泡、外来杂质等缺陷；表面平滑性等
2	尺寸要求	长度及其偏差、宽度及其偏差、翘曲度（弓曲度）、扭曲度、垂直度（对角线长度偏差）、板厚精度等
3	电性能要求	介电常数、介质损耗角正切、体积电阻率、表面电阻、绝缘电阻、耐电弧性、介质击穿电压、电气强度、相比漏电起痕指数、耐金属离子迁移性、表面腐蚀和边缘腐蚀、谐振特性、铜箔电阻等
4	物理性能要求	焊盘拉脱强度、冲孔性、机械钻孔性、机械加工性、剥离强度、层间粘接强度、尺寸稳定性、弯曲强度、耐冲击性、、阻燃性（燃烧性）、表面硬度、热传导性等
5	化学性能、热性能要求	金属箔表面可焊性、金属箔表面可清洗性、耐化学药品性、热膨胀系数、尺寸稳定性、耐热性、玻璃化温度、耐浸焊性、湿后耐浸焊性等
6	环境性能要求	吸水性、耐霉性、压力容器蒸煮试验、冷 - 热循环冲击试验等

　　表1-4-1 所表述CCL各个性能要求主要是要满足来自三个方面的PCB加工、应用要求。这三个方面包括：来自印制电路板加工方面对CCL提出的性能要求；来自元器件安装方面对CCL提出的性能要求；来自整机产品运行方面对CCL提出的性能要求。
（一）印制电路板加工方面对CCL特性的要求
　　在印制电路板加工方面，主要注重覆铜板的尺寸稳定性、耐热性、板的表面平滑性、铜箔与基板及基板材料层间的粘接性、板的平整性（翘曲、扭曲）、孔加工性（树脂钻污性）、电镀性、耐化学药品性、吸湿性等性能。近年还出现了对CCL的UV遮蔽性、CO2激光钻孔性等性能要求。上述各方面的覆铜板的性能要求，与PCB的加工制造质量有着密切的联系。如果所用CCL不能够满足PCB的加工要求，在PCB加工中就会造成出现基板的缺陷，甚至是废品。
　　例如，如果CCL在尺寸稳定性上表现差，在多层板制造时的层间对位方面，会受到负面的影响。还造成导通孔和电路图形的连接及绝缘性的表现不良。CCL的耐热性低，在PCB的制造过程中的干燥、抗蚀剂涂层的加热等时，会由此产生基板的翘曲、扭曲等。CCL的表面平滑性差，或是它的增强材料——玻纤布的相互交织的纤维纱凸凹不平，都会引起PCB微细图形的形成质量变差。如果CCL在层压加工时出现板的翘曲、扭曲较大，还会出现制出的微细图形位置精度低的问题。
　　再例如，在钻孔加工时会产生切削热。这样钻孔加工性略差的CCL，还会出现树脂钻污，从而影响孔加工的质量。CCL的树脂过于脆硬、层间粘接性差等，还由此在钻孔加工时出现孔壁的不光滑，玻纤布纤维外露，它直接影响着电镀孔加工的质量。
在进行电镀加工时，如果CCL树脂中的添加成分的溶出，还会造成电镀液的污染。它也是造成电镀液有的成分会异常析出的主要原因之一。
　　在整个PCB的加工制造过程中，CCL要遇到酸、碱、有机溶剂等的侵蚀，CCL必须具备有高耐药品性能和低吸湿性，否则会造成基板表面的变色、性能的下降。
（二）在PCB上进行元器件安装方面，对CCL的特性要求
　　为了保证元器件在PCB上的顺利安装，并获得安装的高质量，就要对PCB用的CCL有多项性能上的要求。这些要求主要表现在：尺寸稳定性（低热膨胀系数）、焊接耐热性、平整度、铜箔剥离强度、弯曲强度等方面。
　　如果CCL在尺寸稳定性上表现不理想，就会在元器件搭载精度上变差。CCL的焊接耐热性低，在波峰焊接或再流焊接的过程中，由于基板受到热冲击而出现板的鼓胀、层间分层、铜箔起泡等质量问题。同时由于会造成基板的翘曲过大，而使得元器件安装精度的下降。还会引起焊剂部位发生蠕变，造成连接的不良。CCL在受到热冲击后，如果铜箔剥离强度的下降，还会造成铜箔与搭载的元器件一起从基板上脱落。由于有较大质量的器件对基板的重压，若CCL的弯曲强度小，还会造成基板的变形过大（俗称“塌腰”）。
　　近年微小尺寸的SMC片式元件的采用，还要求CCL有更高的表面平滑性。
（三）在整机电子产品运行方面，对CCL的特性要求
　　在整机电子产品运行方面，更加强调的是CCL的电气绝缘性能、介电常数、介质损耗角正切、板厚精度（特别是连接器部位的用板）、可靠性（即在低热膨胀系数性、耐湿热性、耐热性等性能上作以保证）、机械强度性、阻燃性、环境特性、热传导性等性能。
　　为保证整机电子产品的正常、稳定的运行、使用，绝缘基板不能出现有离子迁移现象的发生。因为这种现象的发生，直接影响着整机的绝缘可靠性、耐电压，甚至会出现电路导线间的短路。
　　为了满足整机电子产品的特性阻抗高精度控制、信号的高速传输，必须在CCL的介电特性上表现得优秀（具有低介电常数性等）。特别是在高频下、在高湿条件下，要求它的介电特性能够保持稳定。
　　在电镀导通孔质量性的保证和提高，直接关系到整机电子产品的长期运行可靠性的问题。为此，导通孔的制作质量高低与CCL厚度方向（Z方向）的尺寸稳定性密切相关。针对电路图形的制作质量高低，还与CCL面方向（X、Y方向）的尺寸稳定性相关联。由此也看出，随着整机电子产品小型轻量化的发展，使得印制电路板向着高密度布线、微细线路、微小孔径的方向迈进。这促使PCB对CCL在尺寸稳定上有越来越高要求。
　　以上三方面对CCL的性能要求，各有所侧重的性能项目。在印制电路板加工方面，主要注重基板材料的尺寸稳定性、孔加工性、电镀性、翘曲及扭曲性、耐化学药品性等性能。近年还出现了UV遮蔽性、CO2激光钻孔性等。在元器件安装方面，主要注重线热膨胀系数、耐热冲击性、铜箔剥离强度、平整度等性能。在整机产品运行方面，更加其强调的是电气绝缘可靠性、介电常数、介质损耗角正切、耐湿热性、阻燃性、环境特性等性能。
二、各类覆铜板的性能特点
　　各类基板材料都有着各自的特性。下面，对它们作此方面的横向对比。
（一）酚醛纸基板
　　酚醛纸基板，是以酚醛树脂为粘合剂，以木浆纤维纸为增强材料的绝缘层压材料。酚醛纸基覆铜板，一般可进行冲孔加工，具有成本低、价格便宜，相对密度小的优点。但它的工作温度较低、耐湿性和耐热性与环氧玻纤布基板相比略低。
　　纸基板以单面覆铜板为主。但近年来，也出现了用于银浆贯通孔的双面覆铜板产品。它在耐银离子迁移方面，比一般酚醛纸基覆铜板有所提高。
　　酚醛纸基覆铜板最常用的产品型号为FR－1（阻燃型）和XPC（非阻燃型）两种。
（二）环氧纸基板
　　环氧纸基板，是以环氧树脂作粘合剂的纸基覆铜板。它在电气性能和机械性能上略比FR-1有所改善。它的主要产品型号为FR-3，市场多在欧洲。
（三）环氧玻纤布基板
　　环氧玻纤布基板，是以环氧树脂作粘合剂，以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板。它的粘结片和内芯薄型覆铜板，是制作多层印制电路板的重要基材。
　　环氧玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、抗冲击性、耐湿性能比纸基板高。它的电气性能优良，工作温度较高，本身性能受环境影响小。在加工工艺上，要比其他树脂的玻纤布基板具有很大的优越性。这类产品主要用于双面PCB，用量很大。
　　环氧玻纤布基板，应用最广泛的产品型号为FR-4，近年来由于电子产品安装技术和PCB技术发展需要，又出现高Tg的FR－4产品。
（四）复合基板
　　复合基板，它主要是指CEM-1和CEM-3复合基覆铜板。以木浆纤维纸或棉浆纤维纸作芯材增强材料，以玻璃纤维布作表层增强材料，两者都浸以阻燃环氧树脂制成的覆铜板，称为CEM-l。以玻璃纤维纸作为芯材增强材料，以玻璃纤维布作表层增强材料，都浸以阻燃环氧树脂制成的覆铜板，称为CEM-3。这两类覆铜板是目前最常见的复合基覆铜板。
　　复合基覆铜板在机械性能和制造成本上介于环氧玻纤布基和纸基覆铜板之间。它可以冲孔加工，也适于机械钻孔。国外有些厂家制造出的CEM-3板在耐漏电痕迹性、板厚尺寸精度、尺寸稳定性等方面已高于一般FR-4的性能水平。用CEM-1、CEM-3去代替FR-4基板，制作双面PCB，目前已在世界上得到十分广泛的采用。
（五）特殊性树脂玻纤布基板
　　特殊性树脂玻纤布基板，在以追求高电性能、高耐热性为主目的之下，产生出众多特殊性树脂玻纤布基板。常见的有聚酰亚胺树脂（PI）、聚四氟乙烯树脂（PTFE）、氰酸酯树脂（CE）、双马来酰亚胺三嗪树脂（BT）、热固性聚苯醚类树脂（PPE或PPO）等。它们多在性能上表现出高耐热性（高Tg）、低吸水性、低介电常数和介质损耗角正切。但一般都存在着制造成本高、刚性略大、PCB加工工艺性比FR-4基材差的问题。
（六）挠性覆铜板
　　挠性覆铜板（FCCL）是挠性印制电路板（FPC）、刚-挠性PCB、带状封装基板的重要基材。它制造出的PCB突出特点，是具有薄、轻、结构灵活的鲜明特点。除可静态的弯曲外，还可作动态的弯曲、卷曲和折叠等。FCCL从品种上也分为有胶粘剂的三层挠性覆铜板（3L-FCCL）和无胶粘剂的二层挠性覆铜板（2L—FCCL）。2L—FCCL与3L-FCCL相比，具有耐温性能更好、尺寸稳定性更好、粘结强度更高、更加薄型化、耐折性更好等性能特点。
（七）金属基覆铜板
　　金属-绝缘树脂基覆铜板最常见的品种是高热导性铝基覆铜板。金属基覆铜板是金属基散热基板（高散热性PCB）的重要基板材料。所制出的金属基散热基板以其优异的散热性能、机械加工性能、电磁屏蔽性能、尺寸稳定性能、磁力性能及多功能性能，在混合集成电路、汽车、摩托车、办公自剪化、大功率电器设备、电源设备、大电流设备等领域，得到了越来越多的应用，特别是在LED封装产品中作为底基板得到广泛的应用。
三、各类刚性覆铜板的主要用途
　　各类覆铜板及多层板基板材料的主要用途见表1-4-2所示。

表1-4-2 各类刚性覆铜板及多层板基板材料的主要用途

PCB 类别	覆铜板及多层板制出 PCB的用途实例	覆铜箔形式	覆铜板及多层板基材的类别			UL/ANSI/ NEMA 的型号
10 层以上多层板	大型计算机、高速演算用计算机、军工用电子产品、宇航用电子产品，测试仪器、电子交换器大型通信设备	——	高传输速度、高 Tg 、低ε r 的高多层板用基材	高 Tg 、低ε r 环氧、玻纤布基芯板、半固化片		FR-4
				各类特殊树脂基材		——
				积层法多层板用基材		——
6 ～ 8 层多层板	中型计算机、半导体试验装置、 EWS 、电子交换机、自动化控制产品、笔记本电脑、 PDA 、移动电话、大型计算机 CPU 、存储器装置、高速测量仪器、封装基板、军工及宇航电子产品	——	一般用或高 Tg 的环氧玻纤布基芯板			FR-4
			一般用或高 Tg 的环氧、玻纤布基半固化片			FR-4
			高频电路用各类高性能特殊树脂、玻纤布基芯板半固化片			——
			积层法多层板用基材或树脂（ RCC 等）			——
3 ～ 4 层多层板	计算机、游戏机、计算机外围电子产品、 IC 卡、通信产品、 ATM 交换机、 FA 产品、封装基板（ PGA ）、 AV 产品、半导体测试装置、移动电话基地站设备	——	一般用环氧、玻纤布基芯板			FR-4
			一般用环氧、玻纤布半固化片			FR-4
			高频电路用各类高性能特殊树脂、玻纤布基芯板、半固化片			——
双面 PCB（2 层〕	卫星通信产品、移动体通信产品、卫星放送产品、 GPS 、军工及宇航用电子产品	双面覆铜箔	高频电路用基板材料		低ε r 环氧玻纤布基覆铜板聚酰亚胺、玻纤布基覆铜板	FR-4 GPY
			低ε r 、高 Tg 特殊性树脂（ PPE 、 PPO 、 CE 、 BT 、 PTFE 等）、玻纤布基覆铜板			——
	计算机、打印机、复印机、试验装置、 AV 机、自动化办公设备、电源装置、传感器、高级家用电器、游戏机	双面覆铜箔	表面安装用基材		高 Tg 环氧、玻纤布基覆铜板各类高性能特殊树脂、玻纤布基覆铜板	FR-4 ——
			银浆贯孔用基材		复合基覆铜板酚醛纸基覆铜板	CEM-3 FR-1
	多功能电话、汽车用电子产品、检测仪器摄录一体 VTR 、计算机周边电子产品 VCD 机、自动化仪器仪表、 CTV	双面覆铜箔	一般金属化通孔用环氧／玻纤布基覆铜板一般跨线通孔用酚醛纸基覆钢板（阻燃）一般跨线通孔用酚醛纸基覆铜板(非阻燃)			FR-4 FR-1 XPC
单面 PCB（1 层）	调谐器、电源开关、超声波设备计算机电源、 OA 机、洗衣机、空调器、电冰箱、防火报警器监控器、 DVD 、商用设备	单面覆铜箔	环氧／玻纤布基覆铜板（一般型）环氧／玻纤维芯复合基覆铜板环氧／玻纤纸芯复合基覆铜板环氧纸基覆铜板			FR-4 CEM-3 CEM-1 FR-3
	电视机、收录机、 VCD 、随身听、立体音响设备、半导体、收音机、电话机、遥控器、照明电器、键盘、鼠标、电子琴、电子测量仪器、计算器、自动售货机、显示器、电子玩具	单面覆铜箔	阻燃、酚醛纸基覆铜板阻燃、酚醛纸基覆铜板非阻燃、酚醛纸基覆铜板			FR-1 FR-2 XPC

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