基板的几种常见类型

　　1 酚醛基板

　　酚醛基板用酚醛树脂制成，这种树脂由苯酯和甲醛在溶剂中的反应产物经脱水缩合反应而形成。酚醛树脂经纸质填充物强化，再把铜箔压在基材上，因此，它们也被称为"酚醛纸覆铜板"。

　　第一种基于酣醒树峭的基板可能就是众所周知的酚醛布。它用布和酚醛树脂制成，树脂用合适的溶剂熔解形成溶液从而可以用来浸渍布料。然后，漫渍树脂的布被裁切成片，堆叠成堆并且放在两块制板过程中用到的加热板中间。温度和压力的共同作用使得树脂熔化并且流动形成一个整体。这样，经过制板周期的最后环节，一种十分坚硬的刚性基材就制好了。

　　实质上，酚醛布现在已经被酚醛纸所取代了。按照美国电气制造商协会(NEMA) 的标准，基板的等级分为X 、XX 和XXX ，这意味着酚醛树脂的含量大约分别是35%、45% 或55% ，其余的是纸和其他填充物以及添加物。对于这些基板来说， X 和XX 等级的性能很差，因而很少使用。XXX 级是经过进一步改良的材料，可以分为XXP 和XXXPC 级，这里的P 是指可冲性， PC是指冷冲加工。它们的性质概括如下:

　　1) XX 级:酚醛纸树脂，具有平均的电气性能、良好的力学性能，不适合冲孔，对钻孔机的磨损较小。

　　2) XXP 级:与XX 级相似，但在高温(200 - 250°F) 下能被冲孔。

　　3) XXX 级:树脂的含量高于XX 级，具有较好的电气和力学性能，适合在射频领域中应用。

　　4) XXXP 级:与XXP 级一样，但含有更多的树脂，适合最普通的使用目的。

　　5) XXXPC 级:与XXXP 级一样，但可以被冷冲孔(70 - 120°F) ，具有较高的绝缘电阻、较低的吸水性，很适合在高湿度领域应用。

　　酚醛树脂基板有良好的冲孔性，便于加工。它们的价格也相对低廉，因此获得了最广泛的商业应用。

　　酚醛纸基板的一个缺点是它们较差的耐电弧性以及比环氧树脂基板更高的吸水性。图6-10 显示了湿度对酚醛纸基板表面电阻率的影响。

　　2 环氧基板

　　基板被环氧树脂和用作填充物的玻璃纤维或纤维纸所强化，再把铜箔压合在上面，从而得到覆铜板。因此，根据所用的填充物的种类它们被叫做"环氧玻璃布覆铜板"或"环氧纸覆铜板"。在制板过程中，通过加热、加压和添加催化剂的作用使环氧树脂固化。最终的产品是既不可逆也不溶的热固性树脂，它们可耐受除氧化酸之外的所有化学品，除了在高温下，几乎不会损坏。环氧树脂的一些特殊性质是:

　　1 )在固化过程中很低的收缩率;

　　2) 材质坚硬;

　　3) 具有优异的帖接力;

　　4) 表现出很高的机械强度;

　　5) 具有很高的耐碱性以及极好的耐酸和耐溶剂的能力;

　　6) 在大范围的温度和频率条件下展示了良好的电气性能，它们是优秀的绝缘材料，具有很高的介电强度;

　　7) 优异的防潮性和较低的吸水性。

　　环氧树脂通常与高品质的增强材料，如玻璃纤维布和复合材料等组合，呈现出异常高的机械强度和优异的电气性能。

　　3 玻璃布基板

　　玻璃布用于生产环氧树脂强化的玻璃布基板。G-10 、G- 11、FR -4和FR-5 等就是一些现在可用的玻璃布基板种类。玻璃纤维或细丝的直径通常为9.6μm(0.38mil)。在编织厂，它们被集拢到一起，经过纽绞成线，然后编织成玻璃纤维布。它们的线型各不相同，玻璃纤维布的网线以每英寸布料中线的数目表示。1. 6mm 厚的基板含有8 层玻璃纤维布，如果钻一个直径为1mm 的孔，就会切断大约10000 根细丝。在孔壁中的玻璃纤维将会有20000 个端子。Spiak 和Valiquette (1994) 阐述了制板工业寻求质量更好、生产更迅速的材料的趋向。表6-5 给出了基板材料的物理性能。

　　印制电路板制作应用最「泛及产业界的标准基材是强环氧玻璃纤维布或Tg值达135 'C的FR-4。它的相对介电常数大约是4.4 ，传播延迟大约是178ps/i n ，这些基板采用一层或多层环氧树脂浸溃的玻璃纤维编织布。FR-4因为其性能适合大多数应用领域中对电气和力学性能的要求而成为应用最广泛的材料。它们表现出很高的机械强度和可加工性、允许钻孔性、热稳定性以及达到V-o 级的阻燃性。对单面和双面板的设计来说，它们具有加工的灵活性，而且其成品板的性能又适合于许多表面贴装技术应用的需要。然而，下列更高的性能要( Guiles , 1998) 使新材料的发展成为了必需:

　　1)板子能满足特殊的耐热要求，也就是说，在很小的空间内要处理高度集中的能量;

　　2) 大的或高层数的板子制造的复杂性要求，包括需要准确对位的复杂的蚀刻图样;

　　3) 由于特殊的装配技术(倒装晶片、板上芯片技术)或提高可靠性的要求，板子需要有可控的热膨胀性能;

　　4) 板子需要具备特殊的或苛刻的电气性能，特别是那些为保证低传播延迟、较低的串扰和较高的时钟速度而要求的低介电常数，为了保证低衰减、较

　　好的信号完整性、较高的时钟速度而要求的低耗散因数以及在便携式电子设备中的低功耗要求。

　　基板的一个重要的物理性能是z 轴方向的膨胀总量，膨胀发生在电路板的制作和随后的组装件的使用中，首先是一连串焊接温度引起的偏移，然后是使用环境中操作温度引起的偏移。z 轴方向尺寸膨胀的有害影响是铜柱体(镀通孔)的加工硬化。z 轴方向膨胀较低、结构硬化总体上较低以及电子组装件的使用寿命较大则源自基板的发展( Lucas , 1993)。

　　Ehrler (2002) 检验了多种环氧材料和增强物的性质，它们改善了印制电路板的电和热力学性能，代表了新材料的发展方向。如图611所示，在低至Tg 点而高达焊接温度这个扩大的范围的具有较低的z 轴方向膨胀，从而能提高通孔的可靠性。这通常是通过增加材料的交键。而实现的。FR-4材料具有高Tg 点(I80 "C) ，减小了z 轴方向膨胀，因而其空间稳定性更好，这对复杂的电路板来说是很重要的，因为芯板不需要像常规的FR-4那样加热到高于Tg 点很多的温度，同时，增强了基板对于应力缺陷的抵抗力，提高了产品的预期寿命。这种高性能的FR-4基板和标准的"E" 类玻璃增强材料一样，具有低到3.9 的介电常数和168ps/in 的传播延迟。然而，一些高Tg 点的FR-4树脂的热稳定性和常规的FR-4并不匹配，并且它们的铜箔剥离强度较低。

　　Lin (2003) 描述了NPLD 系列材料的性能，具有合乎需要的高Tg 点(200℃)、低介电常数(3.5 -3.9) 和耗散因数(0.038 -0.01) 。这些材料提供了改良的热介电性能和耐潮性，它们最适合在GHz 的频率范围内应用。

　　4 半固化树脂材料(B 阶段树脂材料)

　　环氧树脂被广泛用在B 阶段或半固化材料的制造中。当表氯醇Θ和双酚-AΘ两种单体被棍合在一起后就得到了一种聚合物。这种聚合物叫做B 阶段树脂，可以被软化及被某些溶剂溶解。这种树脂和纸或玻璃纤维布等填充物混合而得到B 阶段环氧树脂材料，并被用在多基板的制作中。

　　它们具有较好的化学和溶剂耐受力以及高温下较低的z 轴方向膨胀等性能。

　　5 PTFE (聚四氟乙烯)基板

　　聚四氟乙烯是一种热塑性材料。当用玻璃纤维强化后，它制成的基板具有几个优点，特别是在高频(RF) 和微波应用领域。构成复合材料的树脂和玻璃纤维布的厚度分布影响介电常数和介质损耗因数的均匀性。随着微波印制电路板成为主要的运行部件介质性能的改变不可避免地导致了基板性能的降低。PTFE 玻璃纤维布基材在尺寸达1220mm x914mm (48in x36in) 的整张基板的制造中具有精确的厚度分布，误差为0.02 士0. 0015in ，板边没有任何的锥形突起。另外， PTFE 基板在较宽的温度、湿度和频率范围内具有很低的介电常数和耗散因数。

　　PTFE 的分子结构使得基材具有极低的吸湿率(0.02%) 。当热塑性材料被加热时既有化学变化吸有相位改变。它们的分子构成一种三维的交联网格，

　　一旦被加热并成型后，它们就不可以被再加热和重组了。应用在微波领域的基板由热固性树脂制成，表现出极高的使用价值。湿气的影响会导致基板电气性能的降低，特别是对于阻抗，这是很容易理解的。因此PTFE 提供了非常高的电气强度，哪怕是在苛刻的环境条件下都具备电绝缘性能。因此，除了用在射频和微披领域， PTFE 基板还经常被用在那些在潮湿条件下仍需要维持高绝缘电阻的地方。典型的例子是高阻抗的输入端或低电流测量设备和放大器。

　　PTFE 的更大优点是具有较高的层间结合强度以及基于此的铜箔剥离强度。在重新装配过程中，部分导体要暴露在非常高的温度下，这就需要较高的剥离强度。即使只有0.5oz/ft2 ( 厚度为17.5μm) 铜箔的PTFEI玻璃纤维布也表现了最小1. 8N/mm (101b/in) 的剥离强度。

　　PTFE 基板不使用任何阻燃剂就可满足UL-94 、v-o 等必需的可燃性等级。基于热固性树脂的微波应用基板要求很好的阻燃性即使是牺牲其他的性能参数，比如剥离强度或基材最薄的厚度不要求满足v-o 等级，这是PTFE 基板的显著优势。

　　除了用玻璃纤维布作为PTFE 的填充物，陶瓷填充物的PTFE 基板也已经被开发出来，它不仅成本低廉，而且现在已明确把它用作RF 、微波印制电路板的基材。这种基板用作双面带状线结构印制电路板的制作以及多基板的应用。不同类型的环氧树脂基板如下:

　　1) NEMAFR-3 阻燃环氧纸;

　　2) 通用的环氧玻璃G-10 ，耐热环氧玻璃G-11;

　　3) 阻燃环氧玻璃FR -4;

　　4) 阻燃及耐热的环氧玻璃FR-5 。

　　阻燃性能是通过用氯或溴等卤素替代树脂的一些功能群而获得的。

　　6 聚酯基板(迈拉基板)

　　聚酯基板是由不饱和聚酯树脂和可共聚的单体，比如苯乙烯制成的。用玻璃纤维作为填充物以强化聚酯，用铜箔压合从而得到聚酯基板。商业上可用的基板的等级是NEMA 标准的FR-6。它们通常是有光泽的，比如白色或红色，并且相对比较便宜。它们的电气性能类似于XXXPC 基板，力学性能也不相上下。它们的空间稳定性以及耐水性也很好，但在焊接之后，板弯和板翘比较大。

　　7 硅酮基板

　　硅酯树脂基板是用经玻璃增强材料加强的硅酯树脂制成的。它们对化学制剂和热有良好的耐受力，使用的温度范围为175 - 400'C ，可根据其类型而定。在硅酯树脂系统中使铜箔和基材之间具有良好的结合性是困难的，虽然这些基板的电气性能非常优越但其昂贵的成本限制了它们的使用。

　　8 蜜胺基板

　　蜜胺树脂可以和玻璃纤维等不同的增强材料组合在一起而制造蜜胺基板，它们具有非常高的表面硬度以及很高的耐电弧性。然而，它们的主要缺点是空间稳定性较差，特别是随着湿度的循环变化而变化。

　　9 聚酰胺基板

　　聚酰胺是由玻璃纤维布或芳香尼龙纤维或石英纤维增强而构成的基板，具有良好的电气和力学性能、较高的铜粘接强度、良好的耐热性及低z 轴膨胀。它们用在要求严格的军事和航天领域以及专用的多层电路中。然而，它们的铜箔剥离强度较差，铜宿在高温焊接后会翘起。

　　10 特氟隆基板

　　特氟隆(聚四氟乙烯)基板是通过玻璃纤维增强而得到的一种具有低介电常数的基板，它用在由小型无引线元器件构成的RF应用领域。由于其很高的热

　　膨胀系数，特氟隆基板的应用范围有限。

　　11 混合介质基板

　　在当今的微波和高速数字印制电路板中，混合介质基板的使用变得越来越普遍。其中一种材料就是高速板C预浸料坯，它可被作为一种预漫料坯或者

　　HOI 电介质的一个外层提供重要的信号路由，从而在印制电路板多层中的非重要层使用低价FR-4提供了一种很好的解决方案。高速板预漫料坯用作一种低损耗的HOI 介质时，可以使可控阻抗的高速数字设备、RF 和微波印制电路板等做得更薄、更轻、更快速，从而改善了它们的性能。这种产品由经过改良的BT 树脂浸渍的膨体聚四氟乙烯(ePTFE) 构成。在ePTFE 中气隙被树脂取代，而ePTFE 薄膜成为了载体或树脂的输送系统。整合的ePTFE 使介质变得坚韧，提高了可靠性，并且为高密度的细线和微距电路提供了极好的表面平整性。

　　高速板C 的材料具有稳定的低介电常数(2. 6 )和低损耗角正切(0.00036) .而且不受频率和温度的影响。它利用标准的热固性工艺抵抗熔化过程。这种材料被Mis W. L Gore 和Associates Inc. Newark , DE.制作，其他的信息可以从该公司的网站www. gore. com 中获取。