超薄多层板用弹性薄基板(日立化成).
超薄多层板用弹性薄基板
张家亮译
（南美覆铜板厂有限公司广东佛山528231）
摘要应用于超薄多层板的新基板是由超薄玻璃纤维与一种新奇的低弹性模量热固性树脂体系组成，用相同树脂体系可以形成许多组合，包括板材(TC-C-100)，半固化片(TC-P-100)，涂树脂铜箔(TC-F-100)，粘接膜(TC-A-100)，这在世界上还是首次出现。通过使用这些组合，可能形成多种薄多层PWB的种类。特别地，使用TC-C-100和TC-P-100能够容易地制造弯曲部分和多层部分成为一个整体，就不必使用覆盖层与粘接膜，进而可以制造更薄的高密度PWB，此外，由于简化了线路加工，使得更薄而且可以弯曲的多层PWB具有更高的可靠性。
1 前言
可携带设备正在逐年变薄和变小，安装在这些设备里的印制线路板（PWB）和挠性印制线路的厚度和线路密度也在变得更薄和更高[1]。该趋势将变得逐年明显。另外，安装在PWB 上的元件数目在增加，元件的安装面积也在变得更小，在这样的情况下，适合于三维安装的PWB将是未来发展必须的[2]。我们开发了应用于超薄多层板的新基板，提供使用这些材料，可以制造出适应于三维安装PWB的薄和弯曲的多层板，我们将该材料系统命名为“极薄弹性材料的复合体”——Cute。
2 开发原理
新基板材料的概念如图1所示，我们开发了一种新奇的挠性热固性树脂体系，通过使用该树脂体系和极薄玻璃纤维（约19μm厚），制造出了多层PWB用的新的薄和弯曲基板，该基板所用铜箔具有极低轮廓（Rz=2-3μm）。
图1 应用于薄和弯曲性多层PWB的新基板原理
新材料的主要的一点是它们的产品组合，新基板包含具有相同树脂体系的4种产品，如图2所示，我们开发了一种新双面板（C型）、半固化片（P型）、涂树脂铜箔（F型）、粘接膜（A型），每种材料的介质厚度约50μm，通过使用这些产品，可以容易地加工出各种组合的PWB。
图2 新基板的产品组合
3 新基板的应用
新材料的主要应用范围见图3，它们是弯曲PWB与高密度刚-挠PWB，封装用可挠曲部分和连接线将是其另外一个应用领域，由于基板含有玻璃纤维，所以更适合于静态挠曲部分（与动态挠曲部分相比）。
图3 新基板的应用范围
用上述基板材料加工出来的多层板特点见图4，刚-挠（R/F）PWB的加工比较容易，将涂树脂铜箔压在新基板的两边，通孔后，弯曲部分和HDI部分形成了一个整体，于是，弯曲部分的板材就充当了覆盖层，而在HDI部分就充当了积层材料。因此，覆盖层、非流动胶片和FR-4外层就不需要了，与传统R/F PWB相比，多层PWB的厚度能够减少大约50%（见表1），此外，通过使用新基板，传统R/F PWB所需的复杂加工（冲孔，覆盖层和FR-4的层压等）可被简化成多层板的一次层压（见图5）。
图4 全部用新板材制作的4层积层PWB 表1 R/F PWB的厚度比较
图5 制造过程比较
4 新基板的基本性能
TC-C-100的性能见表2，其耐热性良好，兼容于无铅焊料加工，虽然其弹性模量不及FR-4的一半，但与FPC用PI的弹性模量几乎相同，况且，在X，Y方向的热膨胀系数很小，很低的介电常数（Dk）也是一个特点（与PI同一个级别），吸水率约为PI膜的一半。
表2 板材(TC-C-100)的基本性能
﹡CTE z：8层
﹡﹡DVE：dynamic viscoelastic analyzer (动态粘弹性分析仪)——译注
耐热性的评估结果之一见图6，经过10次再流焊加工循环（最高温260℃和288℃）基板与铜箔之间的剥离强度没有变化。
图6 TC-C-100板材的耐热性
5 新基板的修饰加工性
新材料的另一个特点就是其防尘性能，与FR-4相比，新半固化片和板材的切割面没有“树脂裂纹”和“玻璃纤维”毛羽（见图7），可以明显看出，同FR-4半固化片相比，在TC-P-100中只有很少的灰尘产生，这种防尘性能在确保制造工程的清洁是很有效的。
图7 修饰加工性能比较
6 新基板复合材料的弯曲性能
这些基板的主要特点是它们的可弯曲性，弯曲测试结果见图8，测试样品用4层复合材料与图4中的弯曲部分相同，在180°弯曲（折叠）条件下，折叠30次其电性能没有变化，因为该结构中含有玻璃纤维，其挠曲性是足够的，它将适应于挠性安装应用。
图8 新基板复合材料的耐弯曲性能（180℃弯曲）
7 新基板复合材料的可靠性
在热油测试中的通孔可靠性见图9，在加速条件下，我们测试了几组复合材料，每组复合材料都能经受50次以上的循环，结果表明与FR-4的可靠性几乎是同一等级。
8 开发中的新板材的基本性能
我们又开发了两种无卤基板（见表3），这是C型无卤型板材，其应用范围是消费性电子设备，我们也开发了应用于封装插入材料的高耐热无卤型，每种基板几乎都有C型板材相
同的弯曲性能，这些板材的组合能够满足消费者的各种需要。
图9 新基板复合材料的通孔可靠性（热油测试）
表3 TCC (Cute)系列板材的基本性能
﹡CTE z：8层（TC系列），﹡﹡（建议应用）
结论
与传统刚性基板相比，应用新基板加工的新多层材料，在保持相同优秀的尺寸稳定性地同时，还具有足够的挠曲性能，此外，它们具有高耐热性，低吸水性和低热膨胀系数（与刚性基板相比），在更高可靠性的高密度多层线路板的制造中是有效的。
此外，四种具有相同树脂体系的产品（板材，半固化片，涂树脂铜箔和粘接膜）在简化三维安装工序的同时也适合于更薄多层印制线路板的加工要求，为满足未来消费类电子产品的需要，我们正在向开发无卤型和耐热型的方向发展。
参考文献
[1] NIKKEI ELECTRONICS August 16, pp.55-62 (2004), in Japanese
[2] DENSHIZAIRYO, October (2004), in Japanese
译自：Nozomu Takano,Toshiyuki Iijima,Masashi Tanaka ,Yoshitsugu Matsuura.Thin and Elastic Substrates for Ultrathin Multilayer Boards[C]. IPC Printed Circuits Expo?, APEX? and the Designers Summit 2006.