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1、关于耐 CAF FR-4 板材研发项目调研报告研发部2014.01.161 发展现状、项目概述1.1 发展现状近年来，小型化无线通信与网络产品的市场需求越来越大， 特 别是便携式电子产品，推动了集成电路封装技术不断向着高度集成 化、高性能化、 多引线和细间距化方向发展，同时电子器件所在的工 作环境越来越恶劣， 使得对印制电路板材料的可靠性的要求也越来越 高，材料的耐 CAF性能作为材料的可靠性的一项指标也越来越受到业 界工作者的关注。 新型的无铅兼具更好的性能 FR-4覆铜板的研究、 开 发与应用已成为基板制造业必然的要求。目前，国内 FR4板的主要应用范围为：一般家电用板 22%、通讯 设备
2、用板 18%、手机用板 18%、台式电脑用板 17%、手提电脑用板 15%、 光电及显示器用板 6%、其它 4%。FR4板产品质量控制水平已达到国际 水准，中、高档产品能满足客户要求，但顶级产品仍然是空白。据中 国环氧树脂行业协会专家介绍，顶级产品是指用于 Memory Card 、 chip等，以及超薄型如 HDI 等高端领域，以及特殊专项用途的板类； 高档产品是指具有很好的耐热、 抗老化、CAF的板类，以及具有 Low DK 等等的板类；中档和一般产品是指产品性能可以普通满足港大客户要 求，大多数 CCL工厂都能娴熟掌握生产工艺、 技术产品。目前国内（不 包括台湾） FR4板顶级产品基本空
3、白、高档产品占 10%、中档产品占 35%、低档产品占 55%，预计 2008年随着产业升级该比例可调整为顶 级产品 3%、高档产品占 15%、中档产品占 30%、低档产品占 53%。为了 紧紧把握未来 CCL与环氧树脂相关的主要技术发展方向。中国环氧树脂行业协会专家在改进普通 FR-4覆铜板方面提出五个要求： 其中将耐 CAF，耐离子迁移的要求作为一项重要指标，并且认为这一指标在不 久的将来可能会变成 IPC的常规指标。同时国内越来越多的公司，例 如：世运、胜宏、胜华等都采用具有耐 CAF性能 FR-4板材，并就针 对前段时间使用我公司的生产板材耐 CAF性能状况不好进行了投诉。 所以为了迎
4、合市场需求和公司自身发展，研发兼具耐 CAF、FR-4板材 是亟待解决问题。耐CAF FR-4覆铜板，其生产工艺以及生产设备与普通的 FR-4覆 铜板一样，主要是覆铜板采用何种固化体系对其性能的影响。1.2 技术发展概述1.2.1 CAF 机理由于传统钻孔镀孔后其相邻通孔铜壁之间， 必定会出现玻纤纱束 彼此之搭连 (Hole to Hole ；H/H) ，甚至当相邻两导线之根部恰巧踩 在同一束玻纤纱上 (Trace to Trace ； T/T)，或导线之根部与孔壁之 间经过玻纤纱的接 (T/H) ，又或者层与层之间 (L/L) 经由玻纤纱沟 通等潜在病灶。 当使用环境堪称良好时， 其两点之间
5、尚能维持足 够之绝缘 (即绝缘电阻要够高 )，而不致影响到传输线中工作能量 的漏失。然而一旦出现高温高湿之恶劣环境，而板材品质又不是很 好，且两点间之电压又出现差异 (偏压 Bias)之影响下，时间一久难 免就会发病，而且在腐蚀后会出现铜离子，当其沿着玻纤束发生缓 慢的迁移动作，进而出现轻微之漏电行为者，特称为 CAF(Conductive Anodic Filament)1.2.2 研发状况20世纪 90年代初起，在日本覆铜板界掀起了酚醛树脂作为 FR-4型覆铜板环氧树脂体系固化剂的开发热潮。 用这种酚醛树脂去替代在FR-4中一贯采用的双氰胺固化剂， 不仅提高了所构成的新 FR-4环氧树 脂
6、体系固化物的介电性能和 Tg，还有利于覆铜板的耐金属离子迁移性 （耐CAF性）的改善。这种侧重于以提高、 改善 FR-4型CCL的某项性能为 目的的酚醛树脂技术开发， 有以下一些日本几大型覆铜板厂家的主要 开发实例：日立化成公司在 90年代初首先开发出采用酚醛树脂作为固 化剂的 FR-4型覆铜板。它具有高 Tg、高耐CAF性。松下电工公司开发 了FR-4型覆铜板用的酚醛树脂固化剂， 因降低酚醛树脂组成物中的羟 基浓度，从而提高了 FR-4型覆铜板的耐热性和介电性能。 耐CAF FR-4 覆铜板的研发在国内有多家企业和研究所对此性能进行研发改进， 目 前生益科技和江南计算技术研究所对其耐 CAF
7、性能进行了比较成熟 研究。耐离子迁移性的提高，包含着树脂组合物和玻璃布两方面性能 的提高。在树脂组合物方面， 主要侧重于降低离子含量、 提高耐热性。 而要提高覆铜板的耐热性就需改进所用环氧树脂齐聚物和固化剂的 耐热性能， 并且三者之中固化剂的影响是主要的。 目前主要是选用何 种固化体系和对固化体系进行改进，目前业界中主要有两种固化体 系，传统的双氰胺固化体系以及酚醛固化体系。 传统的双氰胺固化体 系粘合性好，工艺性好，储存期好， PCB加工性能好，缺点是吸水率 高，耐热性差，耐 CAF性能差。而酚醛固化体系则在耐热性以及 CAF 性能方面表现良好，但是加工性能较差。针对上述耐 CAF性能与易加
8、 工性的矛盾问题是我们在研发过程中突破的瓶颈问题。1.2.3 耐 CAF性能测试方法离子迁移的测试方法很多， 每个企业都有自己的测试方法， 通常常用 的方法有两种，一种是在线测试，另一种为离线测试。在线测试即为 样品在高温潮湿通上一定的电压， 利用仪器连续测试样品在恶劣环境 下的绝缘电阻值。 离线测试为每隔一段时间从潮湿环境中取出， 置于 室温环境下，静置一段时间，然后测试其电阻值。综合评价此两种测 试方法，在线测试较为严格，在线测试的标准为大于 106欧姆，离线 测试则要求大于 108欧姆，下表为一些日本企业和广东生益的测试条 件。厂家测试条件备注日立化成85/85%/100V/1000h每
9、100小时测一次东芝化学85/85%/12V/1000h每100小时测一次松下电工85/85%/50V/1500h60/95%/100V/1000h以85/85%/50V/1500h为准广东生益85/85%/50V/1000h每100小时测一次SONY40/85%/50V/1000h85/85%/50V/240h每隔250小时测一次在线测试（加速老化）2、工艺实施过程 2.1 原材料选用 耐CAF FR-4 覆铜板与普通 FR-4覆铜板原材料选用基本是一样的，主 要是由铜箔、粘接树脂、玻璃纤维布与填料等构成的复合材料。目前 FR-4 覆铜板原材料种类较多，常用原材料一般包括：溴化双酚 A型 环
10、氧树脂、双氰胺、 2- 甲基咪唑、邻甲酚型线性树脂、滑石粉、高岭 土、氢氧化铝等。2.2 原材料价格表原材料价格（元）玻纤布（普通）6.5 /m铜箔79/Kg溴化双酚 A型环氧树脂27/Kg双氰胺20/Kg邻甲酚型线性树脂5.2/Kg氢氧化铝5.4/Kg滑石粉3.8/Kg高岭土2/Kg2.3 生产工艺目前国内生产 FR-4覆铜板工艺比较成熟， 其主要包括：FR-4树脂胶液、 粘结片、压制。 由于条件限制，本项目实验阶段选用手工树脂胶液配 制，粘结片的制备以及实验室真空压机压片。3、项目攻关难点由于国内对 FR-4板材的性能改进研发技术投资人力物力不够，对 耐CAF性能缺少重视，产业链整体技术落
11、后欧美和日本太多，导致发 展跟不上国际步伐，缺少相关经验，项目攻关难点具体如下：1、原材料： 目前国内树脂产品鱼龙混杂，质量不一。而作为耐CAF值得环氧树脂选择需要环氧体系中水解离子要低。 耐 CAF 板材对玻纤布的要求也比较高，首选开纤布，而国内此种布料 质量达不到标准；其次是填料粒径、杂质含量等普遍较差，2、实验难点：如何选择合适的树脂和固化剂提高耐 CAF性能而不 降低其他性能。3、加工工艺：改变固化体系则在加工性能中降低其加工性。如何 在改进固化体系而不影响加工性能及成本仍需解决。4、检测设备：实验室缺少相应对耐 CAF性能检测设备。4、耐 CAF FR-4 板材生产参数序检测项目处理
12、、实验条件单位指标号1体积电阻率潮湿后MW cm106E-24/1251032 表面电阻率潮湿后MW104E-24/1251033 击穿电压D-48/50+D-0.5/23KV404 介 电 常 数C-24/30/505.4(/1MHz)5 损耗 角正切C-24/30/500.035值(/1MHz)6 耐电弧D-48/50+D-0.5/23s607 剥离强度 标288、10sN/mm1.05准轮廓铜箔1250.7暴露于工艺溶液后0.88 弯曲强度 纵A2N/mm415向345横向9 燃烧性C-48/23/50sV-0E-24/12510 玻璃 化转变A105温度/DSC11 吸水率E-1/105+D-24/23%0.3512 热应 力蚀刻288、20s后未蚀刻不分层、不起泡不分层、不起泡13蚀刻性53F0.125mm 一 个 残2留铜粒 /0.55m 214基材外观A按 QS8247-2003 文拟制： 审核： 批准：