我们为什么热衷于高频微波印制板和铝基板

2013-12-05 17:19 来源:电子信息网 作者:铃铛


对 ε3.38和Rogers Ro4003高频基材,具有聚四氟乙烯玻纤基材类似的高频性能,又具有FR4基材类似的容易加工的特点,这是以玻纤和陶瓷作填料,玻璃化温度 Tg>280℃的高耐热材料。这种基材钻孔非常耗钻头,需使用特殊的钻机参数,铣外形要常换铣刀;但其它加工工艺类似,不需要作特殊的孔处理,所以 得到了许多PCB厂和客户的认可,但Ro4003不含阻燃剂,板子到达371℃,板子可引起燃烧。国营704厂LGC-046板材,为改性聚苯醚 (PPO)型,介电常数3.2,加工性能同FR4,这个产品在国内亦获得不少单认可使用。

7.高频微波板用在哪里?

卫星接收器、基地天线、微波传输、汽车电话、全球定位系统、卫星通信、通信器材转接器、接收器、信号振荡器、家庭电器联网、高速运行计算机、示波器、IC测试仪器等等,高频通信、高速传输、高保密性、高传送质量、高记忆容量处理等通信和计算机领域都需要高频微波印制板。

8.国内外高频微波板材概况

国内,除了上述谈到的704厂LGC-046改性聚苯醚板材外,泰州高频覆铜箔板材厂TF-2、F4B、F4BK高频微波、聚四氟乙烯板材亦卖得很红火。据说,北京、长三角、广东亦有多间企业在启动、开工。

国外,主要板材供应商有:欧美Rogers、Arlon、GIL Taconic、Metclad、Isola、Polyclad,日本Asaki、Hitach、ehemical、Chukok等,已形成约高频微波用的纸130个不同介电常数的品种。

目前的国内外差距:品种、质量稳定一致性、价格;国外大客户认可中国产品有一定难度,等等。

板材厚度,使用1.5~1.6mm的不多,而0.5、0.8、1.0mm则是比较普通,主要考虑是成本。Teflon板材价格是普通FR4的5~10倍,批量采购亦需约100美元/m2,零星购买需几百美元/m2。

小结:高频微波板材应当是高新科技的新品种,随着通信、计算机不断向高频高速发展,未来用途必定会越来越广,越来越大。板材价格亦高,有较大的利润空间,这种产品是有光明前途的。

二、然后再说说金属铝基板

1.为什么使用金属基印制板?

(1)散热性

目前,很多双面板、多层板密度高、功率大,热量散发难。常规的印制板基材如FR4、CEM3都是热的不良导体,层间绝缘,热量散发不出去。电子设备局部发热不排除,导致电子元器件高温失效,而金属基印制板可解决这一散热难题。

(2)热膨胀性

热胀冷缩是物质的共同本性,不同物质CTE(Coefficient of thermal expansion)即热膨胀系数是不同的。

印 制板是树脂+增强材料(如玻纤)+铜箔的复合物。在板面X-Y轴方向,印制板的热膨胀系数(CTE)为13~18 PPM/℃,在板厚Z轴方向为80~90PPM/℃,而铜的CTE为16.8PPM/℃。片状陶瓷芯片载体的CTE为6PPM/℃,印制板的金属化孔壁和 相连的绝缘壁在Z轴的CTE相差很大,产生的热不能及时排除,热胀冷缩使金属化孔开裂、断开,这样机器设备就不可靠了。

SMT(表面贴装技术)使这一问题更为突出,成为非解决不可的问题。因为表面贴装的互连是通过表面焊点的直接连接来实现的,陶瓷芯片载体CTE为6,而FR4基材在X-Y向CTE为13~18,因此,贴装连接焊点由于CTE不同,长时间经受应力会导致疲劳断裂。

金属基印制板可有效地解决散热问题,从而使印制板上的元器件不同物质的热胀冷缩问题缓解,提高了整机和电子设备的耐用性和可靠性。

(3)尺寸稳定性

金属基印制板,显然尺寸要比绝缘材料的印制板稳定得多。铝基印制板、铝夹芯板,从30℃加热至140~150℃,尺寸变化为2.5~3.0%.

(4)其它原因

铁基印制板,具有屏蔽作用;替代脆性陶瓷基材;放心使用表面安装技术;减少印制板真正有效的面积;取代了散热器等元器件,改善产品耐热和物理性能;减少生产成本和劳力。

2.简史

金 属基印制板作为印制板的一个门类,60年代初开始采用,美国首创。1963年美国Ves Ierm Electrico公司作成了铁基夹芯印制板,在继电器上应用,1964年美国的金属基印制板已达到100万块。全国覆铜板行业协会编写出版的《印制电路 用覆铜箔层压板》一书(2001.10)说1969年日本三洋公司首先发明了铝基覆铜板的制造技术,1974年开始应用于STK系列功率放大混合集成电路 上,这一点同我查找的文献说法不一样。不管如何,是60年代美日首先使用金属基印制板的。

日本六七十年代通产省作了很多调查,认可PCB使 用面临的难题是高密度组装时,元器件装配密度高,散热性是个大问题。普通的纸质、玻璃布、环氧覆铜板属绝缘材料,热传导率小,不宜作散热用,多层板层数 多、密度高、功率大时,热量必定排除不出去。因此,必须使用金属基印制板。日本住友、松下电工等公司推出了很多商品化了的金属基覆铜板。

80、 90年代,金属基板在全球各国被广泛采用,估计全球金属基印制年产值约二十亿美元。日本1991年产值为25亿,1996年为60亿,2001年增长到 80亿日元。美国贝格斯(Bergquist)是专门作铝基覆铜板的公司,声称每年销售这类板材3000万美元,在美国占有市场份额过一半以上。美国德克 萨斯(Texax)、克里夫兰(Cleveland)TechTrade等公司对金属基板都作过很多研究,并也出有产品。中国1986年开始,由国营 704厂开发了铁基覆铜板,用于军工上。但我查阅过历届全国印制电路学术会上的论文,发现最早的一篇文章是成都1010所1983年11月在第二届全国印 制电路学术年会上发表的,题目是“金属基印制电路板制造工艺试验小结”,产品也是用在军品上的。相隔四后后,在1987.9成都全国印制电路第三届学术年 会上电子部10所又发表另一篇论文“铝基芯印制板设计、制造和应用”,说明10所和704厂早年对铝基板都作了大量工作。

随着中国信息电子产业发展的突飞猛进,在电子、电信、汽车、摩托车、电源、音响等产品上近年来会越来越多地应用金属基印制板。由于市场、技术形势的发展,散热问题已得到了非解决不可的地步,金属基印制正可大显身手。

3.结构

目前市场上采购到的标准型金属基覆铜板材由三层不同材料所构成:铜、绝缘层、金属板(铜、铝、钢板),而铝基覆铜板最为常见。

(1)金属基材

铝 基基材,使用LF、L4M、Ly12铝材,要求扩张强度30kgf/mm2,延伸率5%。美国贝格斯铝基层分为1.0、1.6、2.0、3.2mm 4种,铝型号为6061T6或5052H34。日本松下电工、住友R-0710、R-0771、AL C-1401、AL C-1370等型号为铝基覆铜板,铝基厚度1.0~3.2mm。

铜基基材,扩张强度25~32kgf/mm2,延伸率15%。美国贝格斯铜基厚度分5种:1.0、1.6、2.0、2.36、3.2mm,为C11000铜合金。

铁基基材,使用冷轧压延铜板,低碳铜,具有磁屏蔽特性,厚度0.5~1.5mm。美国贝格斯使用的是殷铜(镍铁合金)、钨金合金、冷轧铜,厚度1.0、2.3mm。

(2)绝缘层

起绝缘层作用,通常是50~200um。若太厚,能起绝缘作用,防止与金属基短路的效果好,但会影响热量的散发;若太薄,能较好散热,但易引起金属芯与元件引线短路。

绝缘层(或半固化片),放在经过阳极氧化,绝缘处理过的铝板上,经层压用表面的铜层牢固结合在一起。

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微波 铝基板

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