有机基板课件.pptx

1、1一、有机基板的概念：一、有机基板的概念：一般是指制造电子封装基板、制造搭载电子元器件的母板的基础材料。粘合剂：有机树脂；增强材料：玻璃纤维布；采用传统的工艺法所制成。2二、有机基板的功能：二、有机基板的功能：绝缘绝缘支撑支撑基板材料所含有的铜箔来实现有机树脂对搭载芯片，组装上的端子、凸块等提供强度保证，由所含有的树脂、补强材料或填充料来实现。3三、有机基板材料的发展特点：三、有机基板材料的发展特点：(a)树脂：BT树脂（双马来酰亚胺三嗪树脂）、PPE树脂（聚苯醚树脂），环氧树脂（FR-4)；(b)基板材料品种：由于HDI、BUM的发展，品种比其它基板用基材的发展更快；(c) 前研技术：高性能

2、（高Tg、低、低）、高可靠性、低成本；绿色化。4四、有机基板材料的性能要求：四、有机基板材料的性能要求：(a)与陶瓷基板材料相比的优点与陶瓷基板材料相比的优点：p 不需要高温烧结，节省能源；p 低，有利于信号高速传输；p 易加工，可制作大型基板；p 易实现微细图形电路加工；p 易于大批量生产，降低成本。5(b) 高耐热性高耐热性p 高玻璃化温度(Tg);p 提高封装的耐再流焊性；p 提高通孔的可靠性；p 热冲击、超声波作用下的金属线压焊时，基板保持稳定的物理特性（平整性、尺寸稳定性、稳定弹性率、硬度变化）。6(c)高耐吸湿性高耐吸湿性p 有机树脂在高湿条件下比陶瓷材料更易吸湿度；p “爆玉米花

3、”(popcorn)现象：p 由于基板材料吸湿量较大，而造成在微组装时基板与半导体芯片的界面等易产生“爆玉米花”似的剥离问题。封装基板残留的水，通过加热产生水蒸气，因急剧膨胀造成封装体破坏。7(d)低热膨胀性低热膨胀性p 理想的封装基材： 810-6/C；p 半导体芯片与基板的热膨胀系数相差过大，在温度变化时，它们之间产生较大的应力。p 为了保证封装基板微细电路的精度，选用低热膨胀系数的基材。8(e)低介电常数低介电常数p 有机封装基板一般具有较低的r, 与陶瓷基材相比，更适用于高频信号的传输；p 提高封装体内信号的传输速度，降低基材的介电常数。9五、有机基板的分类：五、有机基板的分类：刚性刚

4、性挠性挠性纤维/树脂BUM复合多层板树脂薄膜玻璃布/树脂基薄型覆铜板液晶聚合物薄膜金属/树脂树脂/陶瓷10六、有机基板材料的主要原料：六、有机基板材料的主要原料：铜箔：铜箔：压延铜箔、电解铜箔增强材料：增强材料：玻璃纤维布、芳香族聚酰胺纤维无纺布11一、铜箔的工业概述一、铜箔的工业概述四、电解铜箔产品四、电解铜箔产品八、高档次铜箔八、高档次铜箔五、电解铜箔与压延铜箔的分类五、电解铜箔与压延铜箔的分类六、铜箔性能参数六、铜箔性能参数七、铜箔的发展方向七、铜箔的发展方向三、电解铜箔三、电解铜箔二、压延铜箔二、压延铜箔12一、铜箔的工业概述：一、铜箔的工业概述：广义广义：铜箔指厚度不大于0.15毫米

5、的纯铜及铜合金加工产品。狭义狭义：印制电路板用的导体一般都是制成薄箔状的精炼铜，即狭义上的铜箔。n压延铜箔更多得用作建筑装饰材料；n电解铜箔95%以上用于PCB基材的制。13世界铜箔工业发展历史：世界铜箔工业发展历史：14挠性板4%纸基板和复合材料基板26%多层板 40%玻璃布基板 30%注释：铜箔*包括压延铜箔与电解铜箔世界范围内铜箔世界范围内铜箔*在各类型印制电路板中大致使用比例在各类型印制电路板中大致使用比例15中国铜箔工业发展历史：中国铜箔工业发展历史：16 二、压延铜箔二、压延铜箔：工艺：工艺：原铜材熔融/铸造铜锭加热回火韧化刨削去垢在重冷轧重冷轧连续回火韧化去垢逐片焊合最后轧薄处理

6、回火韧化切边收卷成毛箔产品粗化特点：特点：耐折性优良、弹性模量高、延展性好、适用于挠性覆铜板；纯度高，表面比电解铜箔平滑，有利于信号快速传输。缺点：缺点：价格贵，幅宽有限(65cm)。17 三、电解铜箔三、电解铜箔： 18 造液槽中，加入硫酸和铜料; 在加热条件下（70 C) 化学反应; 过滤; 生成CuSO4溶液; 用泵抽入电解槽。Cu Cu2+ 19光面光面(Shing)毛面毛面(Matt)阴极：阴极：Cu2+ + 2e = Cu 阳极阳极: 4OH- - 4e = 2H2O + O2 总总：CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2+ 2H2SO4S: PCB电路面 (阴极辊表面抛光

7、精度与质量、辊表面的维护、杂物清除)M: PCB与基材结合的面 (CuSO4溶液加工的质量、添加剂、电流密度、转速)20 粗化处理：粗化处理：在毛面上镀铜形成许多凸出的小突点，再在小突点上镀一层铜封闭，达到“固化作用”，使其与毛面底基牢固结合 耐热钝化：耐热钝化： 在粗化层上镀一层薄层单一金属或合金（二元/三元）， 如： 黄铜、锌、镍-锌、镍-钴等。 防氧化钝化、光面：防氧化钝化、光面：在钝化层喷涂、涂敷有机物等，形成耦合层。21厚度符号厚度 （ m）单位面积质量 （ g / m2）主要用途5544.6挠性覆铜板、多层印制电路板用薄板9980.312121071818152玻璃布基覆铜板（FR

8、-4）3535305纸基覆铜板(FR-1、FR-2)7070610低档电子产品（如玩具）的电子线路板四、电解铜箔产品四、电解铜箔产品( (按厚度不同）：按厚度不同）：22英文表述英文表述符号符号中文表述中文表述1-Standard electrodepositedSTD-Type E普通电解铜箔2-High ductility electrodepositedHD-Type E高延展性电解铜箔（室温下）3-High temperature elongation electrodepositedTTE-Type E高温高延展性电解铜箔（180下）4-Annealed electrodeposit

9、edANN-Type E退火铜箔5-As rolled-wroughtAR-Type W冷轧压延铜箔6-Light cold rolled-wroughtLCR-Type W轻冷轧压延铜箔7-Annealed-wroughtANN-Type W退火压延铜箔8-As rolled-wrought low-temperature annealableLTA-Type W低温退火压延铜箔五、电解铜箔与压延铜箔的分类五、电解铜箔与压延铜箔的分类: :23六、铜箔性能参数六、铜箔性能参数: : 厚度：厚度：企业名称企业名称可达到的产品技术水平可达到的产品技术水平技术来源技术来源苏州福田金属有限公司12m

10、70m / 高温高延展性铜箔日本福田联合铜箔(惠州)有限公司18m美国Yates合正铜箔（惠阳）有限公司18m台湾招远金宝电子有限公司1870m自行开发研制本溪合金有限责任公司15m50m自行开发研制九江市电子材料厂18m安徽省铜陵市铜化集团公司铜箔厂 18m35m美国Gould铁岭铜箔厂18m35m 美国CBI上海金宝铜箔有限公司18m美国MTI24 外观：外观： 表面要求无异物、无铜粉、无变色；光面(S 面）平滑、不生锈、不变色；无针孔、渗透孔。 抗张强度与延展率：抗张强度与延展率： 表征铜箔机械性能的两项重要指标。它与基材在一定温度加工，若热态延展性能不好，易发生铜箔断裂。 剥离强度：剥

11、离强度： 铜箔与基材在高温高压条件下压制加工后，它们之间的粘结强度，称为铜箔剥离强度（抗剥强度）25 耐折性：耐折性： 挠性基板表征的重要参数 表面粗糙度：表面粗糙度： 质量电阻率：质量电阻率：铜箔的电阻用质量电阻率表示，影响PCB信号传输速度。 蚀刻率：蚀刻率： 抗高温氧化性：抗高温氧化性：JIS标准，在 180 热空气中处理30min, 观察光面颜色是否变化。 26七、铜箔的发展方向七、铜箔的发展方向: :l 铜箔的薄箔化。下游产业对5m、9m、12m等规格的铜箔需求量在增加；l 铜箔M面的低粗化；l 铜箔性能多样化。发展低峰谷铜箔、高温时高延伸性铜箔、双面处理铜箔、耐热铜箔等类型铜箔，以

12、适应印制电路板对铜箔性能提出的更高要求。27八、高档次铜箔八、高档次铜箔: :n具有高温下的高延展性 n低粗糙度的新型铜箔 n高表面清洁度的铜箔 n高性能表面粗化处理铜箔 28一、玻璃纤维布一、玻璃纤维布二、芳酰胺纤维无纺布二、芳酰胺纤维无纺布29一、玻璃纤维布一、玻璃纤维布: :玻璃纤维布玻璃纤维布：u简称玻璃布，由玻璃纤维纺织而成；u用于PCB的玻璃布基基板材料常为电子级（E级）玻璃布。30电子玻璃布成分电子玻璃布成分：铝硼硅酸盐，碱金属含量 0.8% （JIS标准）SiO2: 53% 56%; Al2O3: 1418%; CaO: 20 % 24 %; MgO: 1%; R2O (Na2

13、O + K2O): 1%; B2O3: 5% 10%31电子玻璃布性能标准参数电子玻璃布性能标准参数： 经/纬纱的种类 织布的密度（经/纬纱单位长度的根数） 厚度 幅宽 断裂强度（抗张强度）PCB用基材所用的玻璃布采用平纹布，比其它织法的玻璃布（斜纹、缎纹等）具有断裂强度大、尺寸稳定好、不易变形、重量厚度均匀）缎纹玻璃布缎纹玻璃布平纹玻璃布平纹玻璃布32二、芳酰胺纤维无纺布二、芳酰胺纤维无纺布: :u芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺（aramid), 简称芳酰胺，酰胺键直接与两个芳环连接而成的线型聚合物。u此聚合物制成的纤维称为芳酰胺纤维芳酰胺纤维。33芳酰胺纤维无纺布的分类芳酰胺纤维无纺布的分类:

14、:对位型聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA（产量最大、应用最广）杜邦：Kevlar间位型聚间苯二甲酰对苯二胺PPIATechnora纤维34PCBPCB用芳酰胺纤维的优点用芳酰胺纤维的优点: :高红外吸收率，CO2激光制微小孔；低热膨胀系数，基板尺寸稳定性，HDI可靠性；高玻璃化温度(PPTA芳酰胺纤维，Tg = 345 C）；低介电常数(3.5-3.7MHz: 为E型玻璃纤维的1/2);高的强度和弹性模量；耐化学药品(普通有机溶剂、盐类溶液）；表面平滑。3536一般环氧玻璃布基的基板材料一般环氧玻璃布基的基板材料环氧玻璃布基覆铜箔板 多层PCB生产用基材（内芯薄型环氧玻璃布基覆铜薄板，环氧玻璃布的

15、半固化片）环氧玻璃布环氧玻璃布基覆铜箔板基覆铜箔板(CCL)G-10G-11FR-4FR-5NEMA表准表准非阻燃非阻燃阻燃阻燃37FR-4基材：基材：覆铜箔板增强材料：E型平纹玻璃纤维布（常用7628、 2116、 1080三种，IPC标准）；铜箔：镀锌或黄铜的电解粗化铜箔（常用规格：0.018mm、0.035mm、0.070mm)按厚度规格划分：FR-4覆铜刚性板 (0.8-3.2mm)FR-4覆铜多层PCB芯部用薄型板(0.78mm)38制造一般型制造一般型FR-4FR-4基板材料的化工原料基板材料的化工原料n 溴化环氧树脂n 环氧树脂固化剂n 固化促进剂n 溶剂39溴化环氧树脂溴化环氧

16、树脂双酚双酚A型环氧树脂型环氧树脂苛性钠水溶液40反应性强韧性耐热性耐药性粘结性反应性耐热性刚性反应性柔韧性41低溴环氧树脂低溴环氧树脂(18-22%)高溴环氧树脂高溴环氧树脂(40-48%)42固化剂固化剂双氰胺双氰胺可溶于水、乙醇微溶于醚和苯难溶于环氧树脂白色晶体，熔点（207-209 C)二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺(DMF)2-甲氧基乙醇甲氧基乙醇(甲基溶纤剂甲基溶纤剂)溶剂：溶剂：43存在问题：存在问题： 固化温度较高！（140-170 C)双氰胺固化剂反应活性双氰胺固化剂反应活性4H: 参与与环氧树脂的反应CN: 高温下与环氧树脂羟基(OH-)或环氧基反应，具有催化型固化作用44固化促

17、进剂固化促进剂2-甲基咪唑甲基咪唑(2-MI)2-乙基乙基-4-甲基咪唑甲基咪唑(2E4-MI)咪唑：咪唑：苄基二甲胺：苄基二甲胺：胺的催化作用，较低温度下可固化环氧树脂，得到耐热性、力学性能优良的固化物。易溶于乙醇，难溶于水液体45溶剂溶剂46FR-4FR-4基板材料制造工艺技术基板材料制造工艺技术n 溴化环氧树脂n 环氧树脂固化剂n 固化促进剂n 溶剂低溴，双酚A型双氰胺2-甲基咪唑（苄基二甲胺）(DMF, DMA, EGME)基板配方：基板配方：47FR-4基板生产工艺流程示意图基板生产工艺流程示意图48树脂体系组成配方树脂体系组成配方49环氧环氧 双氰胺的反应机理双氰胺的反应机理 双氰

18、胺的活泼H与环氧树脂中的环氧基进行加成反应；双氰胺的-CN与环氧树脂的HO-反应。 2-甲基咪唑中的仲胺与环氧树脂环氧基加成反应。5051 聚酰亚胺树脂 （polyimide, PI) 双马来酰亚胺三嗪树脂 (BT) 聚苯醚树脂 (PPE) 高性能环氧树脂 (EP)52一、聚酰亚胺树脂的基板材料一、聚酰亚胺树脂的基板材料1、概述、概述 PI是主键中含有酰亚胺环状结构的环链高聚物。 芳香族芳香族二酐二酐二胺二胺+非离子极性溶剂 聚酰胺酸聚酰胺酸脱水 PI531908：Bogert和Renshaw首创PI1940s: 专利1960s: 工业化（航空航天）1980s: 电子产品高耐热性：Tg = 2

19、00-230 C低介电常数： = 3.3-3.6542、双马来酰亚胺、双马来酰亚胺(BMI)+ H2NRNH2成酸反应脱水环化R：熔点随着n增大而降低芳香族马来酰亚胺熔点较高55固化耐热性随固化耐热性随R变化变化（Td起始分解温度）起始分解温度）4,4-双马来酰亚胺基双马来酰亚胺基二苯甲胺二苯甲胺(BDM)563、双马来酰亚胺、双马来酰亚胺(BMI)改性改性 二元胺 （DA)改性BMI, 保留BMI分子中稳定的芳环和酰亚胺环，增加耐热性；延长分子链，增加柔韧性。 降低BMI单体的熔点和熔融粘度，提高在丙酮、甲苯等普通有机溶剂中的溶解能力，降低成本。 降低共聚固化的温度，增加其半固化片预浸中的粘

20、附性和降低热压成形的加工温度。 提高固化物的柔韧性，提高基材的机械加工型、减少内应力。57二、二、BTBT树脂的基板材料树脂的基板材料1、概述、概述n 1972，日本三菱瓦斯公司开发；n 主要以B (Bismaleimide，双马来酰亚胺) and T (Triazine三嗪) 聚合而成；n 以BT树脂为原料所构成的基板具有高Tg(255330)、耐热性(160230)、抗湿性、低介电常数(Dk)及低散失因素(Df)等优点。58（双马来酰亚胺（双马来酰亚胺) )(Triazine(Triazine三嗪三嗪) )59BTBT60三、三、PPEPPE树脂树脂聚苯醚树脂，聚2,6-二甲基-1,4-苯

21、醚，(Polypheylene ether，PPE)，是热塑性通用工程塑料。1965, GE工业化生产, “PPO”日本： PPE1、概述、概述61苯环：使分子链段内旋转的位垒增加、大分子链刚硬。醚键：使分子主链由一定柔性。PPE具有优良的物理机械性能、耐热性和电气绝缘性，其吸湿性低、强度高，尺寸稳定性好。l不含极性基团，由优良的电绝缘性， = 2.45(1MHz)l高耐热性（热变形温度190 , Tg = 210 )l耐高浓度无机酸、有机酸及盐的水溶液，优良耐水解性。622、PPE的合成的合成+ 2CH3OHMgO550570 C + 2H2O+ n/2 O2n胺-铜盐30 C n633、P

22、PE的改性的改性目的：目的：保持原有特性的前提下，提高它的耐化学药品性降低它的熔融粘度，提高成形加工性合成网状交联的热固性树脂，提高耐热性、提高高温态的硬度。改性途径：改性途径：在PPE分子结构上引入活性基团，进行化学接枝，使聚合物合金化引入热固性树脂或热固性分子网络，通过共混改性，达到相溶共混的热固性PPE树脂体系。644、PPE的改性实例的改性实例(a) 丙烯化PPE树脂+n-BuLin+CH2=CH-CH2-Brnn65nnnnnn+n-BuLi+CH2=CH-CH2-Br高温、长时间，2,6位CH3低温、短时间，3,5位H66nn锂化体锂化体受反应速度控制受反应热力学控制67(b) 环

23、氧树脂改性PPE树脂优点：优点： 提高加工性、降低制造的成本； 提高树脂在制造中的加工工艺性。l 降低原树脂粘度，提高对增强材料的浸透性l降低树脂的熔融粘度，提高半固化片的流动性68 第五章小结第五章小结一、有机基板的概念与内涵二、有机基板的功能三、有机基板材料的发展特点四、有机基板材料的性能要求五、有机基板的分类六、有机基板材料的主要原料69一、铜箔的工业概述一、铜箔的工业概述四、电解铜箔产品四、电解铜箔产品八、高档次铜箔八、高档次铜箔五、电解铜箔与压延铜箔的分类五、电解铜箔与压延铜箔的分类六、铜箔性能参数六、铜箔性能参数七、铜箔的发展方向七、铜箔的发展方向三、电解铜箔三、电解铜箔70一、玻璃纤维布一、玻璃纤维布二、芳酰胺纤维无纺布二、芳酰胺纤维无纺布71 聚酰亚胺树脂 （polyimide, PI) 双马来酰亚胺三嗪树脂 (BT) 聚苯醚树脂 (PPE) 高性能环氧树脂 (EP)72纤维纤维/ /树脂树脂玻璃布玻璃布/ /树脂树脂纤维纤维/ /树脂树脂(CEM-3(CEM-3、芳酰胺无纺、芳酰胺无纺布布/ /环氧树脂环氧树脂) )FR-4高Tg低 耐热热塑性73BUM感光绝感光绝缘材料缘材料热固性热固性绝缘材绝缘材料料 附树脂附树脂铜箔铜箔适宜适宜CO2激激光蚀孔的有光蚀孔的有机纤维增强机纤维增强的新型半固的新型半固化基材化基材