2.1.2 覆銅箔板的分類

由于電子產(chǎn)品的需求不同，覆銅箔板又分為許多種類和規(guī)格。從板材的剛性和使用特點分類，基本分為剛性基材和撓性基材兩大類。剛性基材又稱剛性板，物理狀態(tài)呈剛性，機械強度較高，不能彎曲或彎折使用。撓性基材又稱柔性板或軟板，較薄，可以彎曲或彎折使用。

1.剛性覆銅箔板

剛性覆銅箔板（Rigid Copper Clad Laminate，RCCL）由樹脂、增強材料與銅箔層壓制成，是目前發(fā)展最成熟，品種和類別最多的一大類印制板基材，其分類有以下幾種。

（1）按基材中的增強材料不同分類

基材中的增強材料主要分為紙基、玻璃布（又稱玻璃纖維布、玻纖布）基、復(fù)合基、特殊材料基四大類，每一類又按樹脂成分的不同分為許多子類。印制板基材的特性，主要取決于增強材料和樹脂。

① 紙基板。以浸漬纖維紙作為增強材料，再經(jīng)過覆銅箔層壓而制成的基材，簡稱為紙基板。紙基板以單面覆銅板為主（如 FR-1、FR-2、FR-3），有較好的電氣性能、成本低，但是吸濕性較大，只用于一般低值消費電子產(chǎn)品，如收音機、電子玩具等用的印制板，不適用于高速電路用印制板和其他高可靠要求電子產(chǎn)品的印制板。

② 玻璃布基板（又稱玻纖布基板）。玻璃布基板以玻璃纖維紡織而成的布浸漬樹脂作為增強材料，通常用環(huán)氧樹脂或其他高性能樹脂作為浸漬材料（如 G10、FR-4/FR-5），其電氣性能好、工作溫度較高。有許多高性能基材都采用玻璃布基板。玻璃布基板是大多數(shù)可靠性要求較高的電子產(chǎn)品和高速電路印制板的優(yōu)選材料。

③ 復(fù)合基板。復(fù)合基板是采用兩種以上的增強材料的基板，表層和芯層采用了兩種不同的增強材料。例如，芯層增強材料為環(huán)氧-纖維紙，表層增強材料為環(huán)氧-玻璃布的 CEM-1型；或者芯層增強材料為環(huán)氧-玻璃纖維紙，表層增強材料為環(huán)氧-玻璃布的 CEM-3 型。復(fù)合基板的性能較紙基板有很大改善，成本較玻璃布基板低，主要應(yīng)用于民用電子和一般電子產(chǎn)品。

④ 特殊材料基板。特殊材料基板內(nèi)包含特殊功能的金屬、陶瓷或耐熱熱塑型基材。這些基材通常作為高導(dǎo)熱性材料，應(yīng)用于大功率器件、電源模塊、汽車電子產(chǎn)品、高密度安裝的IC封裝等印制板。這些印制板對基板的散熱性有越來越高的要求，基板材料的導(dǎo)熱性能也更加成為一項重要的性能。用于這類印制板的基材有金屬基材和陶瓷基材。

a.金屬基材：金屬基板的印制板基材，一般由金屬板層、絕緣層和銅箔三部分構(gòu)成。金屬基的基材又根據(jù)其結(jié)構(gòu)、組成和性能的不同分為三種形式，如圖 2-2 所示。金屬芯覆銅板的芯部材料通常有銅板、鋁板、覆銅因瓦鋼或鉬板等，它們的特性是散熱性好，機械強度和韌性較高，熱膨脹性較樹脂小，這些特性接近于銅箔，有利于提高金屬化孔的可靠性。金屬基板可以防止電磁波輻射，起到電磁屏蔽的作用。鐵基板有磁力特性，可用于有磁性要求的磁帶錄像機、軟盤驅(qū)動器內(nèi)的精密電動機上。

b.陶瓷基材：陶瓷基材是在陶瓷材料上覆有銅箔，由陶瓷基材、鍵合黏結(jié)層和導(dǎo)電層（銅箔）構(gòu)成。陶瓷基材熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、尺寸穩(wěn)定，大多作為元器件的芯片載板或組合元器件的基板，也是比較理想的表面安裝用印制板的基材；但是基板尺寸較小、脆性大、硬度高，難以加工，介電常數(shù)較大。陶瓷基材的種類有很多，可按成分加以分類，如有Al₂O₃、SiO₂、MgO、Al₂O₃-SiC、AlN、ZnO、BeO、MgO、Cr₂O₃等種類的陶瓷片，目前采用最多、應(yīng)用最廣的是 Al₂O₃陶瓷片；還可按鍵合的工藝不同劃分為直接鍵合法（DCB）和黏結(jié)層壓鍵合法兩大類。

這些能散熱或耐熱型的基材，所用材料的導(dǎo)熱性能的表征特性參數(shù)有比熱、熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）、熱阻等。選用基材時，應(yīng)根據(jù)所需要印制板的功能，考慮材料的特性參數(shù)，確定基材的種類。

在使用基板材料時，如果需要通過基板材料傳導(dǎo)更多的熱，起到更好的散熱效果，那么就希望所用的基板材料的比熱越小越好。如果需要通過基板材料能夠起到隔絕熱的功效，那么就希望所用的基板材料的比熱越大越好。

表征材料導(dǎo)熱性能的比熱和熱導(dǎo)率等特性參數(shù)的物理含義如下：

● 比熱：是指 1g 的物質(zhì)在上升 1℃溫度時所吸收的熱量。對于同一個物質(zhì)，比熱的大小與加熱時的條件，如溫度的高低、壓強和體積的變化情況有關(guān)。

● 熱導(dǎo)率：又稱為熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱傳導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)。它是表示物質(zhì)熱傳導(dǎo)性能的物理量，是指當(dāng)?shù)葴孛娲怪本嚯x為 1m，其溫度差為 1℃時，由于熱傳導(dǎo)而在 1h 內(nèi)穿過1m2面積的熱量（千卡），單位為千卡/（米·小時·℃）（kcal/（m·h·℃））。實際應(yīng)用中，通常以熱功當(dāng)量換算后用瓦/（米·開爾文）（W/（m·K））或千瓦/米·開爾文來表示。如果需要基板材料負擔(dān)更大的散熱功效，所采用的基板材料要求具有高熱導(dǎo)率。如果需要通過基板材料能夠起到隔絕熱的功效，那么就希望所用的基板材料的熱導(dǎo)率越低越好。與印制板基材組成相關(guān)的幾種材料的熱導(dǎo)率見表2-1。

一般將不同構(gòu)造所表現(xiàn)出的不同熱導(dǎo)率的基板材料，劃分為三種不同導(dǎo)熱功能的等級，見表2-2。

過去在基板上所采取的散熱手段，一直是使用鋁材等金屬板作為芯材的金屬基（芯）覆銅板。但是，使用這種具有散熱功能的基材制造多層印制板，存在著通孔加工工藝?yán)щy、制造成本較高的問題。日本覆銅板業(yè)近年來在制造有一定散熱性需要的基板材料方面，采用覆厚銅箔（105μm、140μm、175μm、400μm）的方法，厚銅箔熱容量大，散熱快。日本新神戶電機公司開發(fā)出了一種內(nèi)層含厚銅箔（105μm）的四層預(yù)制內(nèi)芯多層板（又稱為“屏蔽板”）。它的熱導(dǎo)率可以達到 2.3W/（m.K），是同樣結(jié)構(gòu)的一般 FR-4“屏蔽板”（4 層）的 4.6 倍，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的散熱功能。這種基板材料在導(dǎo)熱功能上，屬于上述的導(dǎo)熱功能的第二等級。

定量描述一種物體的導(dǎo)熱性能，可以用熱導(dǎo)率，也可以用另外一個特性參數(shù)來表達，它就是“熱阻”。熱導(dǎo)率適于表征一種均勻材質(zhì)的材料的導(dǎo)熱性能，而作為多種材料復(fù)合的基板材料，它的導(dǎo)熱性能更適合于用熱阻來定量描述。在熱傳導(dǎo)的方式下，物體兩側(cè)的表面溫度之差（簡稱溫差）是熱量傳遞的推動力。熱阻（R_T）等于這種溫差（T₁-T₂）除以熱流量（P）。因此，基板材料的熱阻越小越說明它的導(dǎo)熱性好。表2-3給出了不同材料、不同基板材料的熱阻。

在設(shè)計考慮印制板的散熱問題時，可參照以上材料的性能，選取合適的材料。在高速電路印制板中選用表 2-2 中二級的較為合適，因為較厚的銅箔除了有散熱作用外還可以作為低阻抗的接地面。

（2）按基材中的主體樹脂分類

基材中的主體樹脂，對基材的特性有重要影響，也能反映出基材的某些主要特性，所以按基材中的主體樹脂分類也是對覆銅箔層壓板基材的一種分類方法。在基材中采用的主體樹脂種類有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂（EP）、聚酰亞胺樹脂（PI）、聚苯醚樹脂（PPO 或 PPE）、聚四氟乙烯樹脂（PTFE）、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂（BT）、氰酸酯樹脂（CE）等。用這些樹脂或改性的樹脂與上述增強材料結(jié)合的層壓板，一般稱為某樹脂型覆銅箔層壓板。其中改性的環(huán)氧樹脂、PI、PPO、PTFE、BT、CE 與玻璃布結(jié)合制成的覆銅板具有一項或多項性能高于一般基材的水平，這些基材通稱為高性能基材，適合于不同電路性能和高速、高頻電路的印制板使用。

（3）按覆銅板的某一突出的性能差異分類

按覆銅板的某一突出的性能差異分類，便于選擇某種特性突出的基材，從基材的名稱就能知道其突出的性能。

① 按基材的阻燃性能。在有機樹脂性材料中能達到 UL 標(biāo)準(zhǔn)（美國保險商試驗室標(biāo)準(zhǔn)）中規(guī)定的垂直燃燒法試驗的燃燒性要求 V 級的板，稱為阻燃型板（又稱 V0 板），它抗燃燒性能最好。依次還有V1、V2級等。阻燃型板的特點是防火性能好，不易燃燒，安全性好。

燃燒法試驗達到UL標(biāo)準(zhǔn)的HB級要求的板稱為非阻燃型板。我國標(biāo)準(zhǔn)中的CEPGC-31就是非阻燃型環(huán)氧玻璃布層壓板。阻燃型板相當(dāng)于美國 NEMA 標(biāo)準(zhǔn)中的 FR-2、FR-3、FR-4、FR-5 等，內(nèi)層印有紅色商標(biāo)標(biāo)記。我國標(biāo)準(zhǔn)是按國際通用的命名法，用材料的英文縮寫并在基材代號后面加“F”表示為阻燃型板材，如 CEPGC-32F。凡是對使用中安全性要求較高的產(chǎn)品和有較高可靠性要求的印制板，通常都應(yīng)采用阻燃型基材。

② 按介電常數(shù)性能高低。高速、高頻電路印制板的應(yīng)用越來越多，基材的介電常數(shù)對印制板的特性阻抗有重要影響，所以按介電常數(shù)性能高低分類，更便于高速、高頻電路印制板對基材的選用。一般介電常數(shù)在頻率為GHz級時能穩(wěn)定在3左右，介質(zhì)損耗角正切值小于或等于 10-3的基材，稱為低介電常數(shù)板材，主要用于高速、高頻電路印制板。高頻和微波電路印制板既有使用低介電常數(shù)基材的，也有采用較高介電常數(shù)基材的，關(guān)鍵是考慮阻抗的匹配和低介質(zhì)損耗。

介電常數(shù)在 10 以上甚至達到幾十或上百的基材稱為高介電常數(shù)基材，主要用于埋入無源元件的多層印制板。在多層印制板的接地層和電源層如果采用該基材，可以縮短IC與電容的連接距離，降低電路的寄生電感，有利于高速、高頻電路的去耦作用，并能降低接地、電源層上產(chǎn)生的諧振噪聲。

③ 按材料的某一突出性能。通常還可以按材料的耐熱性能（表現(xiàn)在 T_g、T_d和 t₂₆₀或 t₂₈₈等參數(shù)）、熱膨脹系數(shù)（CTE）、耐漏電起痕性（CTI）和耐離子遷移性（CAF）、無鹵素環(huán)保型等特性分類。同一類耐熱型基材根據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的高低又分為多個等級，這種分類方法有利于設(shè)計選擇材料時找到滿足某種特性的基材。

2.撓性覆銅箔板

撓性覆銅箔板（Flexible Copper Clad Laminate，F(xiàn)CCL）是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的一類軟性印制板基材，是由金屬箔（一般為銅箔）、絕緣薄膜、黏結(jié)劑三類不同材料、不同的功能層復(fù)合而成，可以彎曲和撓曲的印制板基材。撓性印制板近年來發(fā)展很快，其產(chǎn)量接近于剛性印制板的產(chǎn)量，廣泛應(yīng)用于便攜式通信設(shè)備、計算機、打印機等。

為了降低撓性印制板的厚度，提高撓曲性和耐熱性及抗剝離性能，實現(xiàn)高性能和薄型化，近年來開發(fā)了二層型 FCCL，它不需要黏結(jié)劑，直接由撓性絕緣材料和銅箔構(gòu)成。由于不用丙烯酸黏結(jié)劑，基材在 Z 方向的熱膨脹系數(shù)較小，高速信號傳輸時的介質(zhì)損耗小，是用于剛撓結(jié)合性印制板中的撓性基材的優(yōu)選材料。但是，目前該基材的供應(yīng)量不如三層法基材的供應(yīng)量大，成本也較高。

主要撓性板材有覆銅箔聚酯薄膜、覆銅箔聚酰亞胺薄膜、覆銅箔聚酰亞胺氟碳乙烯薄膜和薄型環(huán)氧玻璃布覆銅板（薄型FR-4）等。

（1）覆銅箔聚酯薄膜（PET）

覆銅箔聚酯薄膜的抗拉強度、介電常數(shù)、絕緣電阻等機電性能較好，并有良好的耐吸濕性和吸濕后的尺寸穩(wěn)定性，缺點是耐熱性差，受熱后尺寸變化大，不耐焊接，工作溫度較低（低于105℃）。PET適用于不需焊接的印制傳輸線和電子整機內(nèi)的扁平電纜等。

（2）覆銅箔聚酰亞胺薄膜（PI）

覆銅箔聚酰亞胺薄膜具有良好的電氣特性、機械特性、阻燃性和耐化學(xué)藥品性、耐氣候性等，最突出的特點是耐熱性高，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 T_g高于 220℃；缺點是吸濕性較高，高溫下或吸濕后尺寸收縮率大，成本較高，安裝焊接前需要預(yù)烘去除潮氣。PI 適用于高速電路微帶或帶狀線式的信號傳輸?shù)膿闲杂≈瓢澹彩悄壳皳闲曰闹袘?yīng)用最多的一種基材。

（3）薄型環(huán)氧玻璃布覆銅板

薄型環(huán)氧玻璃布覆銅板是近年發(fā)展起來的一種撓性基材，除撓曲性能外，在絕緣性能、耐濕性能、尺寸穩(wěn)定性等綜合性能方面，薄型FR-4板要明顯好于傳統(tǒng)的FCCL，目前已應(yīng)用于卷帶狀I(lǐng)C封裝的載板，并且成本低于PI板。

（4）其他撓性板材

根據(jù)需求的不同，國外近年來還開發(fā)了以氟碳乙烯薄膜、芳香聚酰胺紙、聚砜薄膜及液晶聚合物（LCP）薄膜等為基片的特殊材料的撓性覆銅箔板。

在這些撓性基材中按制造工藝方法不同又分為三層法和二層法撓性基材，兩者的區(qū)別在于：三層法撓性基材使用傳統(tǒng)的工藝方法制造，即由銅箔、絕緣薄膜和黏結(jié)劑復(fù)合熱壓而成；二層法撓性基材是由絕緣薄膜與銅箔組成，它使用幾種不同的制作工藝方法制造，但共同特點是沒有黏結(jié)劑。二層法與三層法撓性基材比較，其優(yōu)點是厚度薄、質(zhì)量輕、撓曲性能與阻燃性更好，易于阻抗匹配，尺寸穩(wěn)定性好。二層法撓性板更適合于有阻抗匹配要求的高速電路用FPC、高密度布線的FPC，以及COF、TBA、CSP等器件的載板和剛撓結(jié)合印制板的撓性部分的材料。

在以上兩大類材料中還可以按用途分為一般性基材、高速電路用基材、高頻電路用基材、高耐熱型基材、高尺寸穩(wěn)定性和綠色環(huán)保型基材等。

綜上所述，印制板用的覆銅箔基材的分類、名稱和主要特點可以概括在表2-4中。