四、什么是FR-4覆铜板
(一)什么是FR-4覆铜板
在玻纤布基覆铜板产品系列中,以玻纤布为基材,溴化环氧树脂或改性环氧树脂为粘结剂的阻燃型覆铜板统称为FR-4覆铜板。
由于玻纤布基覆铜板具有强度高、耐热性好、介电性能好,基板通孔可以镀金属(俗称孔金属化),实现双面或多层印制板层与层之间电路导通。近些年来,随着电子产品升级换代(如数字化等),对基板的耐热性有了更高要求,部分采用纸基覆铜板电子产品也逐步改用玻纤布基覆铜板,所以,FR-4玻纤布基覆铜板是覆铜板所有品种中用途最广、用量最大的一类。
由于FR-4覆铜板具有阻燃性、覆铜板加工工艺性、PCB板加工工艺性、电绝缘性都相当优良,材料来源丰富等优点,使FR-4产品是当前玻纤布基覆铜板中使用最广泛,用量最大的一类覆铜板。
(二)FR-4覆铜板的系列化产品
目前世界上FR-4覆铜板已形成了产品中某一、两项性能水平不同而派生出来的多个品种,形成了FR-4板的产品系列。随着电子产品功能要求提高、电子技术的进展和环境保护要求的提高,FR-4覆铜板产品的系列化还在不断衍生和发展:
l、普通FR-4:阻燃性玻纤布基板。以玻纤布为基材,以阻燃溴化环氧树脂为粘结剂;
2、中Tg(Tgl50)FR-4:阻燃性玻纤布基板。以玻纤布为基材,以耐热性优良的阻燃溴化环氧树脂为粘结剂;
3、高Tg(Tgl70)FR-4:阻燃性玻纤布基板。以玻纤布为基材,以耐热性更好阻燃溴化环氧树脂为粘结剂;
4、无铅焊FR-4:阻燃性玻纤布基板。以玻纤布为基材,以耐热性优良的阻燃溴化环氧树脂为粘结剂。由于无铅焊料的焊接温度相对较高,因此对基板的热分解温度Td有更高要求;
5、无卤FR-4:阻燃性玻纤布基板。以玻纤布为基材,以阻燃磷化氮化环氧树脂为粘结剂;
6、中Tg(Tgl50℃)无卤FR-4:阻燃性玻纤布基板。以玻纤布为基材,以耐热性优良阻燃磷化氮化环氧树脂为粘结剂;
7、高Tg(Tgl70℃)无卤FR-4:阻燃性玻纤布基板。以玻纤布为基材,以耐热性更加优良的阻燃磷化氮化环氧树脂为粘结剂;
8、高模量的FR-4板;
9、低热膨胀系数的FR-4板;
10、低介电常数性的FR-4板;
11、高耐漏电起痕性的FR-4板(又称高CTI的FR-4板):
12、高耐金属离子迁移性的FR-4板(又称为耐CAF的FR-4板);
13、LED用高导热性FR-4板(又称为白色FR-4板):
14、高性能类FR-4型覆铜板,是阻燃性或非阻燃玻纤布基板。以玻璃玻纤布为基材,以耐热性非常优良的改性环氧树脂;三嗪/双马来酰亚胺树脂;聚酰亚胺树脂;PPE树脂;二苯醚树脂;氰酸酯树脂或聚四氟乙烯树脂为粘结剂制得的高耐热性、特种性能玻纤布基覆铜板;
15、半固化片:玻纤布基材浸渍了树脂胶液,并烘干到B阶形成的浸渍材料,称为粘结片。它有两个用途,一种用于生产覆铜板;另一种直接外卖给PCB厂,用于多层印制线路板制作,做各内层粘合材料。卖给PCB厂的粘结片通常称为半固化片,是一类用量很大产品。这也是一种不是覆铜板,但销售量也非常大的产品。
自2006年7月起,欧盟开始全面实施两个指令(RoHS、WEEE)。在这-环保法规影响下,世界无铅兼容性覆铜板、无卤化覆铜板得到迅速的发展。IPC组织根据此发展背景,自2006年起也不断修改、起草并发布了多个版本的IPC-410l(PCB用刚性基板材料标准)。至今发布并执行的最新版本是2009年8月的版本——IPC-4101C。在此版本的IPC标准中,规定了12个型号的原有FR-4品种(即:No.21、24、26、27、82、83、92、93、94、95、97、98),并目对应欧盟两个指令的全面实施的需求,还添补了12个型号的FR-4新晶种(即:N0.99、101、121、122、124、125、126、127、128、129、130、131)。这12个新品种在性能项目上增添了多项新的重要项目。例如:热分解温度(Td)、基材Z轴方向热膨胀系数(Z-CTE)、热分层时间(T266、T288、T300)等。IPC-4101C标准中规定的新、老24个型号的FR-4品种的性能及组成特点见表2所归纳。
表2 IPC-4101C标准中规定的FR-4品种(24个型号)的性能及组成特点
型号 |
性能及组成说明 |
原有的各种FR一4品种 | |
2l |
一般型,Tg:>110℃,阻燃等级(最低):V0 |
24 |
采用多功能环氧树脂,Tg:>150℃,阻燃等级(最低):V0 |
26 |
采用多功能环氧树脂,Tg:>150℃,阻燃等级(最低):V0 |
27 |
Tg:>110℃,阻燃等级(最低):Vl |
82 |
加成法/半加成法用,有填料,Tg:>110℃,含白陶土和(或)无机催化剂,阻燃等级(最低):Vl |
83 |
加成法/半加成法用,有填料,Tg:150℃~200℃,含白陶土和(或)无机催化剂,阻燃等级(最低):Vl |
92 |
无卤,阻燃体系:磷化合物,Tg:110 |
93 |
无卤,阻燃体系:氢氧化铝,Tg:110℃~150℃,阻燃等级(最低):V1 |
94 |
无卤,采用多功能环氧树脂,阻燃体系:磷化合物,Tg:150℃~200℃,阻燃等级(最低):Vl |
95 |
无卤,采用多功能环氧树脂,阻燃体系:氢氧化铝,Tg:150℃~200℃,阻燃等级(最低):Vl |
97 |
含有填料,Tg:>110℃,阻燃等级(最低):V0 |
98 |
含有填料,Tg:>150 |
4001C版本添加的新FR-4品种 | |
99 |
无铅兼容性,符合RoHs(2版)标准的含溴物阻燃,高热分解温度性,低z轴方向热膨胀系数性(低z-CTE),含有填料,Tg:>150℃,阻燃等级(最低):V0 |
101 |
无铅兼容性,符合RoHS(2版)标准的含溴物阻燃,低Z-CTE,含有填料,Tg:>110℃,阻燃等级(最低):V0 |
121 |
非无铅兼容性,符合RoHs(2版)标准的含溴物阻燃,低Z-CTE,无填料,Tg:>110℃,阻燃等级(最低):V0 |
122 |
无铅兼容性,无卤,阻燃体系:磷、氮或无机化合物,Tg:>110℃,无填料,阻燃等级(最低):V0 |
124 |
无铅兼容性,符合RoHs(2版)标准的含溴物阻燃,高热分解温度性,低Z-CTE,Tg:>150℃,无填料,阻燃等级(最低):V0 |
125 |
无铅兼容性,无卤,高热分解温度性,低Z-CTE,Tg:>150℃,含有填料,阻燃等级(最低):VO |
126 |
无铅兼容性,符合RoHs(2版)标准的含溴物阻燃,高热分解温度性,低Z-CTE,耐CAF性,Tg:>150℃,含有填料,阻燃等级(最低):V0 |
127 |
无铅兼容性,无卤,低Z-CTE,Tg:>110℃,含有填料,阻燃等级(最低):V0 |
128 |
无铅兼容性,无卤,高热分解温度性,低Z-CTE,Tg:>150℃,含有填料,阻燃等级(最低):VO |
129 |
无铅兼容性,符合RoHS(2版)标准的含溴物阻燃,高热分解温度性,低Z-CTE,耐CAF性,Tg:>170c℃,无填料,阻燃等级(最低):VO |
130 |
无铅兼容性,无卤,高热分解温度性,低Z-CTE,耐CAF性,rrg:>170℃,含有填料,阻燃等级(最低):VO |
131 |
无铅兼容性,无卤,高热分解温度性,低Z-CTE,耐CAF性,Tg:>170℃,无填料,阻燃等级(最低):V0 |
在2009年8月颁布的IPC最新PCB基材标准(IPC-4101C)中,增添了适应目前世界范围的无铅化、无卤化开展的12个FR-4覆铜板新品种。在包括我国内地在内的世界PCB、CCL业界中,企业很大部分都在以此新的12品种作为供应、使用的权威标准。因此,此标准的12个FR-4晶种划分及性能指标都显得非常的重要。表3列出了IPC-4101C中的新添FR-4各品种的关键性能(大部分是新添性能)的项目及技术指标要求。
表3 IPC-4101C中的新添FR-4各品种的关键性能项目及技术指标要求
规格型号 |
99 |
101 |
121 |
122 |
124 |
125 |
126 |
127 |
128 |
129 |
130 |
131 | |
有无填料 |
有F |
有F |
无F |
无F |
无F |
有F |
有F |
有F |
有F |
无F |
有F |
无F | |
含卤阻燃剂情况 |
含卤 |
含卤 |
含卤 |
无卤 |
含卤 |
无卤 |
含卤 |
无卤 |
无卤 |
含卤 |
无卤 |
无卤 | |
Tg℃,> |
150 |
110 |
110 |
110 |
150 |
150 |
170 |
110 |
150 |
170 |
170 |
170 | |
热分解温度,≥ Td(失重5%,℃) |
325 |
310 |
310 |
310 |
325 |
325 |
325 |
340 |
325 |
340 |
340 |
340 | |
热膨胀系数,<Z-CTE ppm/℃ |
α1 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
<60 |
α2 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 | |
50-260℃(%) |
3.5 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
3.5 |
3.5 |
3.0 |
4.0 |
3.5 |
3.5 |
3.0 |
3.5 | |
热分层时间(分),≥ |
T260 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
T288 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
15 |
5 |
5 |
15 |
15 |
15 | |
T300 |
协商 |
协商 |
协商 |
协商 |
协商 |
协商 |
2 |
协商 |
协商 |
2 |
2 |
2 | |
吸水率(%),≤ |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.8 |
0.5 |
0.8 |
0.5 |
0.8 |
0.8 |
0.5 |
0.8 |
0.8 |
注:表中“有F”或“无F”中的“F”表示FILLERS(填料)