覆铜板的品种分类

【导读】覆铜板是指纸和玻纤布等基材,浸以树脂,制成粘结片(胶纸和胶布),由数张粘结片组合后,单面或双面配上铜箔,经热压固化,制成的板状产品。对于覆铜板产品的类型、品种,常按不同的规则有不同的分类。
一、按覆铜板的机械刚性划分
印制电路板用基板材料(Base Material),在整个PCB制造材料中是首位的重要基础原材料。它担负着PCB的导电、绝缘、支撑三大功效。PCB的性能、品质、制造中的加工性、制造水平、制造成本以及长期可靠性等,在很大程度上取决于它所用的基板材料。
为现今PCB用基板材料的主要产品形式是覆铜板。按覆铜板的机械刚性划分,它可分为两大主要类别:一类是刚性覆铜板(Rigid Copper Clad Laminate ),另一类是挠性覆铜板( Flexible Copper Clad Laminate ,缩写为FCCL )。
目前在PCB 制造中使用量最大的是刚性有机树脂覆铜板。它多是由电解铜箔(作为导电材料)、片状纤维材料(作为增强材料、或称为补强材料)、有机树脂(作为绝缘材料及粘接剂)三大原材料所组成的。CCL的制造过程,是将增强材料浸以有机树脂,经干燥加工形成半固化片。将数张半固化片叠合在一起的坯料,一面或两面覆以铜箔,经热压而成的一种板状材料。
二、 按照使用不同主体树脂的品种划分
覆铜板主体树脂使用某种树脂,一般就习惯的将这种覆铜板也可称为某树脂型覆铜板。目前最常见的覆铜板用主体树脂有:酚醛树脂、环氧树脂(EP)、聚酰亚胺树脂(PI)、聚酯树脂(PET)、聚苯醚树脂(PPO或PPE)、氰酸酯树脂(CE)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)等。其中改性环氧树脂、PI、PPO或PPE、CE、PTFE、BT树脂由于它们所制出的覆铜板具有某一项(或多项)的高出一般水平的性能,因此这些覆铜板又全称为玻纤布基高性能树脂型覆铜板。
三、按照覆铜板的某一项性能差异的品种划分
覆铜板若按某一项性能差异进行分类,是可以分为不少的小品种。了解这些品种,对于选择CCL是较有所帮助的。在这里只举几个常见的这种分类的例子。
(一)按阻燃特性的等级划分
按照UL标准(UL94、UL746E等)规定,对CCL阻燃性等级进行划分,可将刚性CCL划分为四类不同的阻燃等级:即UL-94 V0级;UL-94 V1级;UL-94 V2级 以及UL-94 HB级。一般讲,按照UL标准检测达到阻燃HB级的覆铜板 ,称为非阻燃类板(俗称HB板)。达到UL标准中的垂直燃烧法的燃烧性要求的覆铜板(阻燃特性最佳的等级为UL-94V0级),称为阻燃类板(俗称V0板)。这种“HB板”和“V0板”的通俗叫法,在我国对纸基覆铜板分类称谓上,十分流行。在挠性覆铜板中,由于在测定阻燃性的方法上有差别,因此它达到的UL94要求的最好阻燃等级时,用UL94-VTM-0级表示(相当于刚性CCL的UL-94 V0级)。
(二)按介电常数的高低对板进行分类
介电常数(用“ε”或“Dk”)和介质损耗角正切(用“tanδ” 或“Df”)是表征基板材料介电性能的主要性能项目。根据PCB的不同应用领域的需求,对CCL的介电性要求也有所不同。在高频电路用基板材料方面,对介电性能有更高的需要,所以也将高介电性能板称为高频基板材料。高频基板材料,一般要求介电常数在GHz下稳定在3左右。介质损耗角正切等于或小于10-3。
近年埋入无源元器件多层板得到发展,埋入电容多层板制造所用的一种新型基板材料,是高介电常数的覆铜板。在美国、日本等国家真正进入市场的高ε性覆铜板产品,其介电常数最高也只能达到40左右。在今后几年中,通过进一步的对此开发、改进,有望有ε接近为50的这类覆铜板产品的问世。而从长远发展来看,用此工艺法制成为的埋入电容基板,需要基板材料生产厂家可提供ε为100以上的覆铜板。因此,可以将不同介电常数性的覆铜板,分为一般Dk型CCL、低Dk型CCL和高Dk型CCL三个品种。
(三) 按CTI的高低对板进行分类
覆铜板的耐漏电起痕性是PCB用CCL中目前较重要一项电气性能。 它常用相比漏电起痕指数(Comparative Tracking Index,简称 CTI)来衡量。一般用IEC 112作为对CCL评价CTI性的测定方法。
IEC 112标准对CTI指标的定义,是这样表述的:在对CCL的CTI测试过程中,试验样品绝缘层表面受到50滴电解液(一般为0.1 % 的氯化铵水溶液),而没有出现漏电痕迹现象的最大电压值(一般以伏表示).IEC950还根据在上述的实验条件下,基板所经受住的不同电压值,规定、划分出了的三个CTI的等级.即Ⅰ级( CTI ≥ 600 V)、Ⅱ级(600 V > CTI ≥ 400 V )、 Ⅲ级(400 V > CTI ≥ 175 V )。按照IEC的标准,某种CCL的CTI的等级越小,就说明它的耐漏电起痕性越好。
用IEC 112方法对常见的各类基板材料的测试,可以得出:传统的纸基酚醛型覆铜板(XPC、FR-1等)的CTI≦150 V, 玻纤布基环氧型覆铜板(FR-4)及常见复合基环氧型覆铜板(CEM-1、CEM-3)的CTI在175-225 V,为CTI等级中的Ⅲ级。为了提高PCB的绝缘可靠性、安全性,近年来许多电子产品整机厂家要求PCB采用高CTI的覆铜板。高CTI是指CTI≧600 V ( IEC 112法),即达到CTI的Ⅰ级水平。在上述三大类常见的覆铜板中,目前世界上都分别开发出,并形成商品化了CTI大于600 V 的品种。
(四)按CTE的大小对板进行分类
由于有机树脂封装载板的发展,近年出现了许多低膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion,简称CTE)的覆铜板纷纷问世。成为一类独具特性的基板材料产品。一般FR-4板在X、Y方向的CTE在(14-18)ppm/℃。尽管目前世界PCB业和CCL业还未对低膨胀系数性的CCL有明确的规定,但一般讲,低CTE型CCL,它的CTE应该在8 ppm / ℃(X、Y方向)以下。有的PCB厂家还对低CTE性的覆铜板,在厚度方向(Z方向)上的CTE也有要求。
(五)按Tg的高低对板进行分类
玻璃化温度(Tg)是描述绝缘材料达到某一温度后,由玻璃态转变为橡胶态,此时温度称为玻璃化温度。一般绝缘材料当温度在Tg以上时,许多性能发生急剧变化。
Tg是衡量、表征以下玻纤布基覆铜板耐热性的重要项目。但对于纸基覆铜板(如 XPC、FR-1等)、复合基覆铜板(如 CEM-1、 CEM-3)来说,用Tg衡量它们的耐热性并不适用。
在IPC-4101标准中,对玻纤布基各类覆铜板,规定了最低Tg指标值,或Tg的指标范围。这实际上,是用Tg划分出各类型板的耐热性的等级。
1996年 5月下旬,在瑞士巴塞尔召开的IPC技术/市场审议会上,许多代表建议今后依据覆铜板的Tg来划分板材耐热性的档次。从Pcb设计和制造选择不同等级的耐热性基板材料的实际角度讲,目前世界上(特别是欧、美),通常将刚性玻纤布基覆铜板按Tg划分为四个档次。这种档次的划分及所包括的主要采用的不同树脂类型的覆铜板例举,见表1-3-2。习惯上,属于第三、第四档次的Tg要求的基板( T g> 170℃)称为高耐热性覆铜板。
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