高頻電路PCB用銅箔產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展報告幻燈稿

當(dāng)前第1頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)目錄1高頻化PCB的發(fā)展與特性2PCB用銅箔與PCB高頻性的關(guān)系3國外高頻電路PCB用電解銅箔品種的發(fā)展4平滑化與瘤化微細(xì)顆粒處理新技術(shù)的探討當(dāng)前第2頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)1高頻化PCB的發(fā)展

近幾年高頻、高速化PCB的市場得到迅速的擴(kuò)大。我國PCB業(yè)界著名專家梁志立在近期撰寫的文章中，總結(jié)主要的三條原因：（1）民用高頻通信高速發(fā)展。通信業(yè)的快速進(jìn)步，使原有的民用通信頻段顯得非常擁擠，某些原軍事用途的高頻逞信的部分頻段從21世紀(jì)開始逐漸讓給民用，使民用高頻通信獲得了超常規(guī)的速度發(fā)展。高頻通信在衛(wèi)星接受、基站、導(dǎo)航、醫(yī)療、運(yùn)輸、倉儲等各個領(lǐng)域大顯身手。1.1高頻化PCB的市場擴(kuò)大當(dāng)前第3頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)（2）終端電子產(chǎn)品的高保密性，高傳送質(zhì)量的強(qiáng)烈需求。要求移動電話，汽車電話，無線通信出于高保密性，高傳送質(zhì)量需要，向著高頻化發(fā)展。高畫面質(zhì)量，要求廣播電視傳輸用甚高頻超高頻播放節(jié)目。高信息量傳送信息，要求衛(wèi)星通信、微波逼信、光纖通信必須高頻化；（3）計算機(jī)技術(shù)處理能力增加，信息存儲容量增大，迫切要求信號傳送高速化。當(dāng)前第4頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)表1高頻印制電路板應(yīng)用情況當(dāng)前第5頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)1.2高頻化PCB的特性電子信息產(chǎn)品的高頻化、高速化對印制線路板提出了高頻特性的要求。高速高頻化的PCB，主要表現(xiàn)在三個方面特性：①具有傳輸損失（α）小，傳輸延遲時間（Tpd）短，信號傳輸?shù)氖д嫘〉奶匦浴?/p>

當(dāng)前第6頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)②具有優(yōu)秀的介電特性（主要指基板的低相對介電常數(shù)與低介質(zhì)損失因數(shù)）。并且，PCB的介電常數(shù)、介質(zhì)損失因數(shù)在頻率、濕度、溫度的環(huán)境變化下仍能保持穩(wěn)定；③具有特性阻抗（Zo）的高精度控制。賦予PCB高速、高頻化的特性，主要是通過兩方面的技術(shù)途徑：一方面，是使這種PCB發(fā)展成為高密度布線（微細(xì)導(dǎo)線及間距、微小孔徑）、薄形以及導(dǎo)通、絕緣的高可靠性。這樣，可以能進(jìn)一步縮短信號傳輸?shù)木嚯x，以減少它在傳輸中的損失。另一方面，要采用具有高頻特性的PCB用基板材料。當(dāng)前第7頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)1.3覆銅板高頻特性的保證當(dāng)前的覆銅板制造技術(shù)，主要是通過基板材料構(gòu)成材料中的四種工藝途徑（樹脂、玻纖布、填料、銅箔）實(shí)現(xiàn)它的高頻特性。不久的將來，應(yīng)滿足高速傳送信號的要求，還將出現(xiàn)基板賦予高頻特性的第五種渠道，即基板采用光電布線來傳送光信號的形式。我們把它稱為光-電復(fù)合PCB。在高頻基板材料中，目前常用的低Dk、低Df的樹脂，主要有聚四氟乙烯樹脂（PTFE）、聚酰亞胺樹脂（PI）、熱固性氰酸酯樹脂（CE）、聚苯醚樹脂（簡稱PPE或PPO）、改性環(huán)氧樹脂（低ε型EP）、苯并環(huán)丁烯樹脂（簡稱BCB樹脂）、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂（BT）等。具有高頻性覆銅板所用的銅箔，要求采用低輪廓、或超低輪廓、或平滑銅箔。當(dāng)前第8頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)2PCB用銅箔與PCB高頻性的關(guān)系2.1高頻下銅箔在PCB應(yīng)用的集膚效應(yīng)在高頻下，基板上的信號傳送存在著是在導(dǎo)電體的表面?zhèn)魉偷默F(xiàn)象。這現(xiàn)象的原理，可用集膚效應(yīng)來解釋。當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時，根據(jù)楞次定律所揭示變化規(guī)律，電流將趨于導(dǎo)體表面流過，這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)(skineffect，又稱趨膚效應(yīng),表皮效應(yīng))。電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時，會聚集于導(dǎo)體表層，而非平均分布于整個導(dǎo)體的截面積中。頻率越高，集膚效應(yīng)越顯著。高頻率下在PCB的導(dǎo)線上出現(xiàn)的集膚效應(yīng)現(xiàn)象見圖1所示。當(dāng)前第9頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖1高頻率下在PCB的導(dǎo)線上出現(xiàn)的集膚效應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)前第10頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)表2不同頻率下的集膚效應(yīng)的厚度頻率集膚效應(yīng)的厚度（μm）1KHz2140.010KHz680.0100KHz210.01MHz60.010MHz20.0100MHz6.6500MHz3.01GHz2.15GHz0.910GHz0.7當(dāng)前第11頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)由于在高頻下基板上的信號傳送聚集于導(dǎo)體表層進(jìn)行，因此銅箔作為基板的導(dǎo)電層重要部分，它的表面輪廓度大小對信號傳送損失的影響十分重要。為了減少高頻電路的信號傳送損失，需要采用低輪廓度銅箔、平滑面銅箔，不同表面粗糙度的銅箔制出的PCB，它在高頻率下的信號傳送損失是有很大的差異。表面粗糙度越來越大的銅箔制出的PCB，在高頻率下的信號傳送損失就越大。當(dāng)前第12頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖2低輪廓銅箔和平滑面銅箔的斷面結(jié)構(gòu)當(dāng)前第13頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖3不同表面粗糙的銅箔制出的PCB，在高頻率下的信號傳送損失大小的比較當(dāng)前第14頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖4也顯示了這一頻率功能的傳輸損耗（以dB/m計）。如圖所示，超過5GHz時，因?yàn)榘氚凰荆?8μm）的常規(guī)銅箔與低輪廓VLP銅箔的平均粗糙度不同，趨膚效應(yīng)相影響的傳輸損耗有將近3dB/m的差異。在這些高頻下，由于導(dǎo)體損耗（與銅箔的粗糙度相關(guān)）造成的信號衰減成為一個重要因數(shù)。圖4常規(guī)銅箔與低輪廓VLP銅箔的趨膚效應(yīng)影響下傳輸損耗的差異當(dāng)前第15頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)世界一些覆銅板生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的適應(yīng)高頻性的CCL產(chǎn)品，一般都采用低輪廓、超低輪廓的銅箔，以減少傳送損失。松下電工的R5775產(chǎn)品就是一例。圖5松下電工采用超低輪廓銅箔的R5775在傳送損失上有所減少

當(dāng)前第16頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)2.2高頻下銅箔輪廓與PCB中的信號傳送速度另一方面，信號傳送的距離與信號傳送速度成反比。在高頻化PCB中，信號傳送是基本沿著銅箔的輪廓曲線傳輸?shù)?，它的傳送距離與Rz大小密切相關(guān)。當(dāng)銅箔的輪廓大時，由信號傳送的距離增長，而造成信號傳送速度速度的減慢，并傳送損失也增加。圖6不同輪廓度的銅箔的高頻信號傳送距離的差異當(dāng)前第17頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)3國外高頻電路PCB用電解銅箔品種的發(fā)展3.1盧森堡電路銅箔有限公司高頻電路PCB用銅箔盧森堡電路銅箔有限公司（CircuitFoilLuxembourgLTD.簡稱為CFL）在2013年1月的歐洲印制電路行業(yè)協(xié)會（EPCB）的冬季研討會上，首次發(fā)表了它的平滑處理的電解銅箔成果。當(dāng)前第18頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖7CF公司常規(guī)銅箔的毛箔M面（上左）、常規(guī)銅箔的毛箔S面（上右）與新型平滑處理的銅箔粗糙度比較當(dāng)前第19頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖8CF公司處理后的常規(guī)銅箔M面（上左）與S面（上右），與新型平滑處理的銅箔的粗糙度比較當(dāng)前第20頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖9CF公司兩種層壓在CCL后，經(jīng)蝕刻的基板粗糙度程度比較當(dāng)前第21頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)表3CF公司新型平滑處理的銅箔的主要物理當(dāng)前第22頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)表4CF公司新型平滑處理銅箔的剝離強(qiáng)度性能當(dāng)前第23頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)3.2JX日礦日石金屬公司的高頻電路PCB用銅箔JX日礦日石金屬公司近幾年開發(fā)出的適應(yīng)高頻化、微細(xì)化電路用的電解銅箔新產(chǎn)品很多。在2013年間，它對這些牌號又作了重新的輸理、調(diào)整。以此次調(diào)整的牌號為準(zhǔn)。適用于高頻電路PCB用的電解銅箔品種主要有兩類四種：一類是附載體極薄銅箔（JXUT系列），有兩個品種：JXUT-Ⅰ（Rz=1.0～1.4μm）、JXUT-Ⅱ（Rz=1.2～1.6μm）。還有一類是JXHLP系列，有兩個品種：JXHLP-Ⅰ（又稱HLPLC，Rz=1.6μm，產(chǎn)品厚度18μm）、JXHLP-Ⅱ（又稱HLPLCN，Rz=1.6μm，產(chǎn)品厚度12μm及18μm）。當(dāng)前第24頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)表5附載體極薄銅箔（JXUT系列）產(chǎn)品主要性能(1)JXUT系列附載體極薄銅箔當(dāng)前第25頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖10JXUT-Ⅰ與JXUT-Ⅱ表面處理后的粗糙度情況當(dāng)前第26頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖11JXHLP-Ⅱ銅箔毛箔平坦化+特殊微細(xì)粒子處理的表面情況(2)JXHLP系列銅箔當(dāng)前第27頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)(2)JXHLP系列銅箔表6JXHLP系列產(chǎn)品主要性能當(dāng)前第28頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)表7日礦金屬高頻電路用JXHLP系列電解銅箔物理性能當(dāng)前第29頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖12JXHLP-Ⅱ微細(xì)電路制作品質(zhì)、表面粗糙度與常規(guī)低輪廓銅箔JXLP-Ⅲ對比當(dāng)前第30頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)日礦金屬公司預(yù)測，未來在L/S為25μm/25μm～15μm/15μm的多層板制造中，客戶對銅箔品種替換需求程度最高的將是“12μmHLPLCN”銅箔品種。JXHLP系列（特別是HLPLCN品種）是日礦金屬公司適應(yīng)微細(xì)線路制作需求最新開發(fā)的新品。它的表面處理面具有“極平滑的、經(jīng)特殊表面處理形成微細(xì)粒子”特點(diǎn)，經(jīng)處理的M面表面為紅色。JXHLP系列M面實(shí)現(xiàn)極限的平坦化，改善了高頻線路的傳輸特性。采用這種銅箔制作的HDI多層板，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的表面均一性與線路加工的微蝕刻性，使得更加適應(yīng)于半導(dǎo)體封裝基板、高頻化PCB等微細(xì)線路制造的需求。當(dāng)前第31頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)日礦金屬近年開發(fā)出的JTCSLC、JDLC、HLPLCN三種新型銅箔產(chǎn)品，在銅箔M面的瘤化顆粒結(jié)構(gòu)、分布特點(diǎn)上，打破了原有已發(fā)展了十幾年低輪廓銅箔的舊有模式，開辟了一條新思路。這一“里程碑”式的技術(shù)突破，也標(biāo)志著世界銅箔尖端制造技術(shù)發(fā)展到一個更新的時期。其中HLPLCN銅箔的M面實(shí)現(xiàn)極限的平坦化，并在其上進(jìn)行了微細(xì)處理；由于這種銅箔具有的表面高平滑性，從而改善了高頻線路的傳輸特性。當(dāng)前第32頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)3.3古河電工公司的高頻電路PCB用銅箔表8高頻電路基板用銅箔——FV-WS主要物理性能當(dāng)前第33頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖13FV-WS與F2-WS超低輪廓銅箔的表面粗糙度、剖面結(jié)構(gòu)對比當(dāng)前第34頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)4平坦化處理技術(shù)與瘤化微細(xì)顆粒新技術(shù)探討4.1“里程碑”式的技術(shù)突破90年代中期美國、日本等多個銅箔生產(chǎn)廠家相繼開發(fā)出低輪廓電解銅箔（LP銅箔）產(chǎn)品。LP銅箔問世標(biāo)志著世界銅箔的尖端制造技術(shù)邁入到一個新發(fā)展時期，即“高性能銅箔”技術(shù)發(fā)展期。最初只是在電解銅箔的表面瘤化處理上實(shí)現(xiàn)其低輪廓，之后又發(fā)展到改變底基箔的結(jié)晶粒子結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)的“箔的低輪廓”，但在它在發(fā)展表面瘤化顆粒細(xì)微程度上，經(jīng)過多年研發(fā)也沒有突破性的進(jìn)展。當(dāng)前第35頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)在21世紀(jì)初（具體講在2004-2008年左右），世界技術(shù)先進(jìn)的銅箔企業(yè)，打破原有思維研發(fā)出的新銅箔制造技術(shù)。它就是銅箔的平坦化處理技術(shù)與瘤化微細(xì)顆粒新技術(shù)。它將世界銅箔性能提高到一個新檔次，是一個“里程碑”式的技術(shù)突破與革命，也標(biāo)志著世界銅箔尖端制造技術(shù)發(fā)展到一個更新的階段。當(dāng)前第36頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)表面平滑處理的銅箔實(shí)現(xiàn)，與毛箔結(jié)晶結(jié)構(gòu)要從原來傳統(tǒng)銅箔結(jié)晶結(jié)構(gòu)上獲得明顯的改變。這在多家擁有表面平滑處理銅箔技術(shù)的廠家產(chǎn)品中可以看出。表面平滑處理的銅箔不僅是表面粗糙度很小，呈現(xiàn)平滑，而且在它的層間結(jié)構(gòu)上也呈片狀的層狀。日本福田金屬箔粉工業(yè)株式會社在2009年問世了這種銅箔。并詮釋提出了這種特殊銅箔（含平滑面銅箔）和常規(guī)銅箔在結(jié)晶粒子形狀上差別：特殊銅箔其中有的是石垣狀結(jié)晶構(gòu)造；而原來的常規(guī)銅箔是樹枝狀結(jié)晶構(gòu)造。4.2表面平滑銅箔的毛箔結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變當(dāng)前第37頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖14福田金屬公司的特殊銅箔（含平滑面銅箔）和常規(guī)銅箔在結(jié)晶粒子形狀上差別當(dāng)前第38頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)白蓉生大師在對高頻電路PCB用銅箔的切片剖面進(jìn)行高清晰觀察后認(rèn)為：“幾乎見不到柱狀結(jié)晶棱線了，此類高單價銅箔多用于高頻RF或高速電路板的訊號線場合（摘自白蓉生：2013線路板產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇的報告.2013.6）”圖15高頻電路PCB用銅箔的切片剖面情況當(dāng)前第39頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖16日礦金屬公司銅箔表面低輪廓處理的技術(shù)演變當(dāng)前第40頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)日礦金屬公司在產(chǎn)品說明書（2012年6月版）中特別注明：JXHLP-（HLPLC）的特性是：它是基箔（即“毛箔”）平坦化與經(jīng)微細(xì)粗化處理的組合。由此，它可以實(shí)現(xiàn)Rz為2.0μm以下的超低粗糙度。并具有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性。可對應(yīng)制作L/S=30μm/30μm～20μm/20μm微細(xì)配線，具有優(yōu)異的高頻傳輸特性。當(dāng)前第41頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)4.3.1粘接界面的改善

4.3超低輪廓、表面平滑銅箔的剝離強(qiáng)度提高途徑銅箔的表面粗化處理其主要功效是通過處理的表面,與絕緣基材經(jīng)高溫高壓成形加工,之間界面產(chǎn)生“鉤錨效果”，實(shí)現(xiàn)它們的接合。表征這一接合效果的性能項(xiàng)目主要是銅箔剝離強(qiáng)度。超低輪廓、表面平滑銅箔在PCB及其基板材料上應(yīng)用，打破了幾十年傳統(tǒng)的提高銅箔剝離強(qiáng)度工藝手段及觀念。并要開辟新的解決手段及建立新技術(shù)觀念。

當(dāng)前第42頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)在解決此問題上，在日本主要是從PCB業(yè)、CCL業(yè)以及銅箔業(yè)多方面進(jìn)行研發(fā)，創(chuàng)立新的工藝手段。目前，主要初步的研究成果，主要有如下手段：①對銅箔接合面進(jìn)行更有效的偶聯(lián)劑處理；②通過對銅箔表面進(jìn)行微蝕刻（蝕刻深度為0.5μm、1.0μm）加工，形成表面的粗化；③通過UV照射使基材樹脂表面形成改質(zhì)層（如納米Pd的吸附層）；④在銅箔表面處理層外涂附膠粘劑等。以上的措施近年在CCL、PCB廠家也投入了研究與實(shí)施。當(dāng)前第43頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)日礦金屬公司JXHLP系列在M面（粗化處理面）經(jīng)特殊表面處理形成的平坦化的、微細(xì)粒子結(jié)構(gòu)，與原有低輪廓、超低輪廓銅箔的M面粒子結(jié)構(gòu)的差異具體表現(xiàn)在：瘤化顆粒直徑??；瘤化顆粒谷峰之間距離小；構(gòu)成的瘤化顆粒層將底基箔（毛箔）輪廓的“峰”與“谷”全部“覆蓋”。圖17兩種瘤化處理技術(shù)表面粒子結(jié)構(gòu)對比4.3.2粗化粒子外形、分布、大小等改變（1）日礦金屬產(chǎn)品例當(dāng)前第44頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖18全新表面處理技術(shù)的瘤化粒子結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)瘤化粒子結(jié)構(gòu)對比當(dāng)前第45頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖19兩種表面處理技術(shù)產(chǎn)生的瘤化粒子平均距離測定與對比（“平均距離”采用了“薄膜復(fù)制-蝕刻”法測定）當(dāng)前第46頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)

圖20兩種瘤化處理技術(shù)表面粒子結(jié)構(gòu)對比當(dāng)前第47頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)圖21日礦金屬的全新表面處理技術(shù)的瘤化粒子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)當(dāng)前第48頁\共有56頁\編于星期一\17點(diǎn)（2）福田金屬產(chǎn)品例圖22福田金屬銅箔表面新型處理在特殊毛箔上的效果圖當(dāng)前第