了解pcb基材對pcb印制電路板產業(yè)的重要性

印制電路產業(yè)的命脈是否把握在自己手中?

1、印制電路板基材

中國是世界印制電路制造大國，但不是強國， 有不少技術還落后于美日歐這些發(fā)達國家。印制電路板(PCB)制造的關鍵首先是原材料——基材，沒有基材就無法制造PCB，此等于“巧媳婦難為無米之炊”。

PCB基材包括基板(覆銅箔層壓板)、預浸材料(半固化片)和銅箔等， PCB的許多主要性能是由基材決定的，如機械強度、介電性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性和耐燃燒性等。如機械強度差、電氣性能低的酚醛紙基覆銅箔層壓板制成的PCB，只能用于普通的消費類電子設備中或高性能高可靠電子設備中，PCB必須用高性能的環(huán)氧玻璃布基覆銅箔層壓板或者聚四氟乙烯與液晶聚合物等樹脂的基板，只有門當戶對好的基因才有好的結果。因此，應把基材視作PCB的命脈?，F(xiàn)在，就產量而言中國已是PCB基材世界第一生產大國，但有些高性能基材還缺乏國產，依賴進口。

PCB制造工藝技術在中國并不弱，憑中國人的聰明與勤勞，只要具備相應材料和設備條件，再復雜的PCB產品都能制造出來?，F(xiàn)在國內企業(yè)制造出各種高性能特種PCB，包括埋置元件、埋嵌銅塊、金屬基散熱、高頻混壓等類型PCB都達到國際先進水平，在中國PCB制造企業(yè)能工巧匠倍出。然而，新一代高性能PCB所用高性能基材卻還依賴于國外進口，突出的是高頻高速用基材與高導熱性基材。國內多家PCB制造企業(yè)制造出了多種特種PCB，如“適用于5 G通訊的56 Gbps超高速印制電路板”、“5 G車聯(lián)網(wǎng)高密度互聯(lián)模塊”等，經專家鑒定當屬國際先進水平的PCB產品成果，但他們所用基材是國外產品。

5G時代即將來臨，5G意味著第五代移動網(wǎng)絡，并不局限于手機通訊，從物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市到無人駕駛汽車，都需要5G。5G商用服務將于2018年開始使用固定無線，通常為高頻(例如28 GHz或39 GHz)。移動網(wǎng)絡部署將從2020年起逐步展開，事實上，幾家通訊公司正在計劃今年晚些時候發(fā)布5G網(wǎng)絡 。

5G分為兩個領域;最初是小于6GHz的市場，小于6GHz的技術可以和現(xiàn)在使用的材料兼容;另一個領域是毫米波，頻率是28GHz。由于毫米波的頻率非常高，所以對材料的要求有了很大改變，要求材料必須是低損耗 。影響微帶電路上產生插入損耗的因素除絕緣體外，銅導體也變得更加關鍵。這主要由銅的光滑程度決定，因為在頻率非常高的環(huán)境下，會出現(xiàn)集膚效應，所以銅箔的粗糙程度等因素就變得更加重要。電子設備不同頻率有不同的設計要求，為適合不同頻率的電路就需要具有不同特性的電路材料支持。通常損耗會隨著頻率的增加而增加，而根據(jù)電路材料的類型，插入損耗或損耗因子會或大或小。對于微波頻率，電路材料關鍵參數(shù)(介電常數(shù)Dk)的要求有很大不同，例如用于5G系統(tǒng)的6GHz及以下的微波頻率，以及用于5G無線網(wǎng)絡的短距離回傳鏈路的30 GHz及以上毫米波頻率，其設計要求就為每個頻段選擇最佳電路材料以最好地支持不同頻率范圍。

在尋找適用于5G應用的微波和毫米波功率放大器的電路材料時，除了介電性能Dk、Df外，還需能夠進行有效熱管理的電路材料，因為其自身的有源器件會導致熱量增加。評估材料的熱性能有通常認為基材熱導率需在0.5 W / m·K兩項參數(shù)導熱率和介電常數(shù)溫度系數(shù)(TCDk)?；蚋??；牡腡CDk理想為0 ppm /℃，即Dk不會隨溫度的改變而改變，但實際基材的Dk值會隨著溫度的變化而變化，通常認為TCDk不大于0.005%/℃是很好。對于5G系統(tǒng)中的放大器和其他電路，要求電路基材具有低Dk、Df和低TCDk值，以及高導熱率，以制造出優(yōu)質、高性能、高頻率的功率放大器。

新一代PCB重點著眼于5G通訊和汽車電子領域，使PCB體現(xiàn)出高頻高速特性和高散熱特性。要達到高頻高速和高散熱性能要求，除了設計和制造因素外，特別重要的是基材。因此，應該把基材視作PCB的核心技術，尤其高性能基材是高性能PCB之命脈。

2、高性能基材之差距

為滿足5G傳輸速率提升的需求，高頻通信、大規(guī)模天線技術和有源天線(AAU)技術將廣泛應用，許多不同類型的高頻電路，包括功率放大器(PA)，需要適當?shù)碾娐凡牧?。直接推?***射頻前端高頻CCL材料(PTFE和碳氫化合物樹脂)需求提高至4 G的15~20倍。高頻材料的核心要求是低介電常數(shù)(Dk)和低介電損耗因子(Df)，目前主流高頻產品是通過使用聚四氟乙烯(PTFE)及碳氫化合物樹脂材料實現(xiàn)，美日廠商羅杰斯(55%)Park/Nelco(22%)、Isola(9%)和中興化成(5%)等占據(jù)全球主要市場份額，其中羅杰斯PTFE市場份額在90%以上[5]。目前，羅杰斯等公司的高性能覆銅板（CCL）占據(jù)了我國高性能PCB市場，當前的高頻高速PCB用基材幾乎都用國外公司的規(guī)格號。

2.1 國外的高性能基材例

查閱一些覆銅箔層壓板(CCL) 等PCB基材制造企業(yè)的產品技術信息， 國際先進的CCL制造商有羅杰斯(Roger s)、依索拉(Isola)、派克電化學(Park Electrochemica)、泰康尼克(Taconic)、騰輝(ventec)、松下(Panasonic)等?，F(xiàn)以松下、騰輝、羅杰斯的一些典型產品為代表看其先進性。如松下公司超低損耗多層板基材MEGTRON7，型號R-5785N(CCL)、R-5680(Pp)，在1 GHz時Dk為3.37、Df為0.001，在12GHz時Dk為3.35、Df為0.002。這是一種工業(yè)傳輸損耗最低的多層電路板材料，滿足高端網(wǎng)絡設備大容量、高速傳輸?shù)囊?，有助于提高其信號處理性能?/span>

松下公司新近推出一種適用于半導體封裝和模塊的超低傳輸損耗電路板材料， 產品型號為R-G545 L/R-G545 E、預浸料R-G540L/R-G540E。R-G545L的T g230℃ 、CTE( x ,y - a x i s ) ( 0 . 0 0 1%/ ℃ ) 、CTE( z - a x i s )(0.0022%/℃)，12 GHz時Dk3.5、Df 0.0026，吸水率0.06%。

羅杰斯公司有一系列高頻高速和高導熱基材，其CCL的構成有聚四氟烯(PTFE)樹脂玻璃布增強類、PTFE樹脂填充陶瓷類、PTFE樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、改性環(huán)氧樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、填充陶瓷熱固高分子聚合物類、聚醚醚酮(PEEK)樹脂玻璃布增強類等。如其天線級玻璃布PTFE基板AD250CTM在10GHz時Dk為2.50、Df為0.0013，交叉層疊玻璃布PTFE基板CuClad 217在10 GHz時Dk為2.17、Df為0.0009; 如PTFE加陶瓷RO3003 TM在10GHz時Dk為3.0、Df為0.0010;如天線級碳氫化合物加陶瓷與玻璃布RO4725JXRTM在10 GHz時Dk為2.64、Df為0.0026，碳氫化合物加陶瓷TTM3在10 GHz時Dk為3.45、Df為0.0020;如聚醚醚酮XT/duroid8000在10 GHz時Dk 為3.3、Df 為0.0035; 還有如高導熱性的改良型環(huán)氧玻璃布基板92 MLTM導熱率2.0 W/m·K。

特別注意的是，羅杰斯公司不是簡單地提供高性能基材， 而是提供先進連接解決方案(ACS)。不但推出各種高性能CCL與粘結片產品，同時有各種產品的具體性能與應用領域介紹以及PCB設計與加工技術指南。羅杰斯公司一直與微波及RF工程師有密切聯(lián)系，有一支非常優(yōu)秀的技術服務團隊與PCB制造商及合作伙伴緊密合作，提供與設計和處理技術有關的幫助。在電氣設計師、制造商和材料供應商之間形成了一種高效合作關系。這些舉措也是他們的基材被更多的PCB制造商選用的重要因素。在高導熱基材方面騰輝公司的產品較為突出，如金屬基覆銅板可選擇不同的襯底、絕緣層，導熱率從1 W/m·K到10 W/m·K各種規(guī)格齊全，型號VT-4B7的導熱率7.0 W/m·K，型號VT-4B9的導熱率10.0 W/m·K。另有適用于多層PCB的以陶瓷填充的高導熱層壓板和預浸材料。(型號VT-5A2)，導熱率2.2 W/m·K是FR-4的8倍。

2.2 國內的高性能基材例

國內領先的CCL制造企業(yè)，如2017年國內CCL產量排名靠前公司：廣東生益科技、金安國紀科技、山東金寶電子、南亞新材料科技、浙江華正新材料、DVD、V2V等品牌。除山東金寶電子僅紙基覆銅板外，已有或正在推出高性能的CCL與粘結片(PP)新基材，現(xiàn)摘錄如下：

2.2.1 高頻高速基材方面

廣東生益科技公司的高速電路基材：S7045G/S7045GB，1 GHz時Dk為4.4、Df為0.010，5 GHz時Dk為4.5、Df為0.015，高Tg無鹵素，較低Z軸CTE。應用領域：通訊、服務器、****、背板、線卡、高性能計算機、辦公路由器等。射頻和微波電路基材：S7136H，10 GHz時Dk為3.42、Df為0.0030，屬于電子級玻璃纖維布增強無機陶瓷填料和碳氫類樹脂復合介質材料。不同頻率下穩(wěn)定的介電能性，Z 軸膨脹系數(shù)低，優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。應用領域：高頻無線通訊、高速計算機、衛(wèi)星信號傳輸設備、微帶和蜂窩****、天線和功率放大器。這些基材的介電性能接近于低損耗范圍，雖其應用領域廣泛，但深度尚不明確。

南亞新材料科技公司有高速電路(甚低損耗)CCL：NY6300，1 GHz時Dk為3.7、Df為0.002 ，10 GHz時Dk為3.6、Df為0.004。另有微波/射頻用電子級玻璃布增強聚四氟乙烯基CCL，僅見型號(NYHP-220D、255D、265D)，卻未有具體性能規(guī)格數(shù)值。

浙江華正新材料公司高頻材料有H5300、H5220，適用于****天線、機載、地面和水面雷達系統(tǒng)。這些產品僅見測試數(shù)據(jù)10GHz時Dk為3.0、2.2，Df為0.0020、0.0009，不知是否商品化及商品化時規(guī)格值是多少?

2.2.2 高導熱基材方面

廣東生益科技公司有高導熱FR-4、導熱粘結片(ST115 、ST115B), 導熱率1.5 W/m·K。優(yōu)良的散熱性是普通RF-4的3~4倍，此外具有優(yōu)良的耐熱性和絕緣可靠性以及相對優(yōu)秀的加工性和低Z 軸熱膨脹系數(shù)。(應用領域：汽車電子設備、高亮度LED、電源電路、DC整流器)。有鋁基覆銅板SAR15、SAR20，絕緣層為膠膜，導熱率為1.5 W/m?K 、2.0 W/m?K。無鹵高CTI產品，優(yōu)良的散熱性，優(yōu)良的剝離強度，優(yōu)秀的耐熱性和絕緣可靠性，優(yōu)秀的加工性。(應用領域：中功率LED照明、LED電視機、電源電路)。

金安國紀科技公司有鋁基覆銅板，按導熱性能區(qū)分包含≤1.0 W/(m?K)、1.0到1.5 W/(m?K)、大于1.5≤2.0 W/(m?K)等多個系列。適用于LED照明、LED電視、功率放大器、交換機、汽車電子設備、輸入輸出放大器、DC/AC轉換器、整流器、高功率晶體管等行業(yè)。

華正新材料公司也有散熱性金屬基覆銅板和粘結片，而其導熱率并非突出，不再多述。另外，看看國內稍有名氣的專業(yè)生產特種基材企業(yè)的產品，如專業(yè)生產金屬基覆銅板的常州市超順電子技術有限公司，其認為接近國際先進水平的產品鋁基覆銅板CCAF-06型導熱率為2.5~2.8 W/m·K。專業(yè)生產聚四氟乙烯基材的泰州市旺靈絕緣材料廠，其聚四氟乙烯玻璃布覆銅箔板F4B255，10 GHz時Dk為2.55、Df為0.0015。該產品介電常數(shù)與介質損耗由于PTFE樹脂因素確實是低的，但TCDk值等綜合指標還是有差距的。

對于高性能基材的要求，除了介電常數(shù)、介質損耗這些指標外，還有耐熱性、散熱性、熱膨脹系數(shù)、吸水性等相關指標需要考慮。高性能基材還體現(xiàn)在樹脂與填料類型、編織玻璃布結構、銅箔低粗糙度等。其它還有些高性能的基板材料，如集成電路封裝載板用基材、撓性PCB用液晶聚合物(LCP)樹脂基材等，尚未見國產同類的商品化基材。

3、結束語

印制電路板是在絕緣基材上布設導電電路的產品，其多項重要性能決定于基材固有特性，因此把PCB基材技術視作PCB的核心技術。尤其對于高性能PCB，更顯高性能基材的核心地位，它是新一代PCB之命脈。

上述對現(xiàn)有國內外先進的高性能基材作了簡要比較，可能孤陋寡聞，國內先進水平的基材產品有所遺漏。但當前羅杰斯等國外公司的高性能基材占據(jù)中國高端PCB的絕大多數(shù)，在行業(yè)內大家都能感知，事實說明國產與國際先進基材的差距。

電子信息產業(yè)快進入5 G時代，5 G來了!幾乎各行各業(yè)都在為5 G這塊大蛋糕切得一角摩拳擦掌。印制電路板同樣如此，國內許多PCB制造公司已經拿出了可供5 G通訊設備用的PCB產品，然而這些高性能PCB所用高性能基材幾乎都依賴于國外進口。

我國通訊設備制造商華為、中興是進入5 G時代的引領先鋒，擁有雄厚的先進技術實力。但美國對中興公司一個封殺令，讓中興公司趴下，本以為在進入5 G時代實現(xiàn)彎道超車，結果成了翻車。其原因也很簡單：中興的通訊設備集成電路芯片都來自美國公司，沒有自己的芯片，國內也沒有高性能芯片。現(xiàn)在美國卡住了芯片，就沒有中興的活路，命脈在他人手中。先進產品沒有自己的核心技術，好似高樓大廈沒有扎實的根基，一有風吹草動就會傾覆。

這次中興事件對我們印制電路產業(yè)也是一種啟示，核心技術受制于人，命脈在他人手中是產業(yè)發(fā)展的隱患。假若美國也來一個高性能基材不允許出口中國的禁令，那么我們的5 G用高性能PCB拿什么基材生產?在自由世界、市場經濟環(huán)境下，這種假設可能完全是杞人憂天，但在當下的“白宮貿易盲動癥”情況下仍需警示。

國內的PCB用基材制造企業(yè)正在努力開發(fā)。推出高性能基材，努力接近國際先進水平。目前國內已有國家電子電路基材工程技術研究中心和多家省市級基材技術研究開發(fā)中心，相信他們能開發(fā)出先進的高性能基材。希望早日實現(xiàn)高性能基材國產化，掌握產業(yè)核心技術，緊懷產業(yè)發(fā)展主動權，命脈在自己人手中才能趕超國際先進水平。此時即便沒有領先一步，也能平駕齊趨。