作者：姜培安
出版社：电子工业出版社
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印制电路板的设计与制造试读：
前言
印制电路板是现代电子设备中不可缺少的基础零部件，它能为各种电子元器件提供安装支撑、实现相互电气连接或绝缘以及信号的传输，并能为电路提供某些特殊的电气性能。随着微电子技术的发展，特别是晶体管、集成电路和微电子器件等元器件在电子整机产品和设备中的广泛应用，印制电路板的应用也越来越广泛，从电子玩具、电子表到计算机、通信设备和宇航电子设备等，凡是用到电子元器件的电子产品都离不开印制电路板；甚至一些超大规模集成电路和组件的芯片载体也采用更加精细、复杂的印制板作为载板。随着电子元器件的小型化和多功能化需求的发展，印制电路板的类型和品种也越来越多，结构也越来越复杂，导线越来越精细，印制板在电子设备中的地位也越来越重要，已成为电子行业的重要支柱产品。
在当今信息技术高速发展的时代，数字技术和高速器件广泛应用，电子设备中的印制板不再仅仅是元器件安装和互连的载体，印制板上的印制导线及其特性阻抗已构成电路传输功能的一部分，直接影响电路的功能和可靠性。所以，印制板的质量和可靠性不仅会影响电子组装件安装的难易，还会影响电子整机设备或系统的质量和可靠性，有时会成为制约电子整机质量的关键。在已组装好的电子设备中，如果需要更换一块有质量问题的印制板，所发生的费用要远远超过更换任何一个有质量问题的元器件的费用。所以，印制板的质量和可靠性越来越引起电子设备设计和制造人员的重视。
印制板的外形看起来简单，其实是项制造工艺复杂、采用主要材料和辅助材料繁多的特殊电子产品。影响其产品质量和可靠性的因素很多，可能有设计方面的，也可能有材料质量以及制造和检测方面的。材料的选择由设计决定，产品的质量受制造影响，因此概括起来是由设计、制造共同对产品质量产生影响的。
印制板的设计和制造分属于电子设计和制造两个互为联系而又不同的技术领域和部门，若要把这两个技术专业有机地联系起来，确保印制板产品的质量，对设计和制造人员的技术素质都需要有一定的要求。对于简单的单双面印制板，设计和制造两者的联系要求不是很高。对于复杂的多层板、高密度互连印制板（HDI板）和刚挠结合印制板等高端印制板，设计与制造必须紧密结合才能较好地保证印制板的质量。设计人员不仅要掌握电路设计技术，还要了解一定的制造工艺技术，熟悉印制板的可制造性要求。工艺制造人员既要掌握制造的技能和技巧，又要能理解设计的意图和要求，熟悉相关标准和检测技术并且严格操作。这样将设计与制造结合起来，才能更好地保证印制板最终产品的质量和可靠性。
通常印制板的设计与制造往往在不同的部门或单位进行，要做到设计与制造专业技术的结合，就要求相关的技术人员必须要有广泛的相关知识和丰富的实践经验，这需要花费较长时间来学习和实践积累。为了使从事印制板设计和制造的技术人员，能较快地掌握印制板设计和制造技术，更好地把握两者的有机联系，提高设计和制造的水平，进而保证印制板产品的质量和可靠性，作者基于本人从事印制板制造技术及其标准研究的多年实践经验，并汲取广大印制板设计和制造工程师的经验，参考相关资料及标准编写了此书。
从倡导环境保护和进行绿色生产考虑，本书专门设置了一章讲述印制板生产中的环境保护和水处理技术，为设计和工艺人员能最大限度地采用可再生、回收或环保型材料进行生产提供参考。
本书第4章中的钻孔技术、电镀技术、蚀刻技术和网印技术等内容是在李学明等人编写的职工培训教材《印制板制造技术》的基础上重新整理、编辑、修改的，并根据培训时学员的建议减少了基本理论的论述，增加了实际操作的经验和激光钻孔、等离子技术、HDI板制造工艺等新技术。在此向培训教材原文的编写者表示感谢。本书主要由姜培安、鲁永宝、暴杰编著，另外张润松、李学明、李兰玉、姜浩也参与编写了部分章节。由于本书涉及专业较宽、技术面广，作者水平所限，书中错误和不足在所难免，敬请广大读者谅解和指正。作者2012年春季第1章印制电路板概述
印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）简称印制板，是电子产品中重要的基础零部件，应用日益广泛，从消费电子产品、汽车电子、工业自动化控制、通信设备到军用电子设备和航空、航天电子系统等，几乎在所有电子整机产品中都可以用到印制板。PCB的设计、制造质量直接影响电子装联工艺及电子整机产品的质量和成本，有时会成为影响电子产品系统质量的关键，因此受到国内外电子行业的广泛重视。
随着电子元器件及其电子装联技术的发展，对PCB的要求也越来越高。目前世界绿色环保型电子产品的发展趋势，对PCB行业更是一个严峻的挑战。为了适应这些发展的需要， PCB的新材料、新技术、新设备不断出现。PCB的制造技术也在不断地更新和发展。1.1 基本术语
按照国际电工委员会标准IEC 60326和国标GB 2036中的定义，印制电路的含义分别如下：
在绝缘基材上，按预定设计形成的印制元件或印制线路以及两者结合的导电图形称为印制电路。
在绝缘基材上形成的，用做元器件（包括屏蔽元件）之间电气连接的导电图形称为印制线路，它不包括印制元件。
完成了印制电路或印制线路工艺加工的成品板，通称为印制板。根据印制板上的导电图形的层数不同，又分别称为单面印制板、双面印制板和多层印制板。● 单面印制板：仅在绝缘基材的一面上有导电图形的印制板。● 双面印制板：在绝缘基材的两面上都有导电图形的印制板。● 多层印制板：由多于两层导电图形与绝缘材料交替黏合在一起，
并且导电图形层间按规定进行互连的印制板。
为了描述印制电路的特性和进行相关的技术交流有共同的语言，在国外和国内对印制电路的设计、制造、材料、检验等都有一些专用术语和定义。在我国采用最多的术语和定义，是与国际电工委员会标准IEC 60196公报、美国IPC-TM-50和国家标准GB 2036中的规定一致的，此处不再逐一介绍，本书在叙述时尽量采用这些专用术语。在这些国内外标准中，对相同的术语所做的定义是一致的，但是由于科学技术的进步和飞速发展，一些新的材料和工艺技术不断出现，术语也需要不断更新和补充，会出现相关标准中尚未定义的术语，我们应随时跟踪印制电路技术发展的新动态，以便更正确地理解这些新术语的含义。1.2 印制板的分类和功能1.2.1 印制板的分类
印制板的分类目前尚未有统一的标准，有的按印制板的用途分类，有的按印制板所用的基材分类，有的按印制板的结构特性分类。这些分类方法各有特点，应用在不同的场合。按用途分类，适合于产品设计，能反映出印制板在产品中的用途，但是种类太多并且反映不出印制板的特点；按基材分类能反映出材料的特性，却看不出印制板的结构特点。对于这两种分类方法，一般采用得不多。按结构分类能基本反映出印制板的特性、基本结构和制造的复杂程度，在印制板业界通常采用按印制板的结构分类。按结构分类，就是按印制板的物理特性、布设导线的层数和互连结构进行分类，印制板则可分为刚性印制板、挠性印制板和刚挠结合印制板三大类，每一大类又根据布线层数和互连结构分为许多子类，具体如图1-1所示。图1-1 印制板的分类
印制板在电子设备中占有重要的地位，其投入比已占设备总值的7％～8％，2005年世界PCB的总产值已达420亿美元，2006年达到480多亿美元，年增长7％以上。随着电子整机产品的多功能化、小型化和轻量化的发展要求，多层印制板、挠性印制板、刚挠结合印制板、HDI/BUM基板和IC封装载板等品种的印制板已成为需求的重要品种，这些种类印制板在电子整机产品中的附加值将会继续提高。1.2.2 印制板的功能
印制板是电子整机产品的重要基础零部件。由于电子整机产品特性和功能需求的不同，对印制板的功能有多种不同功能要求，主要体现在以下方面。
①为各种电子元器件的安装、固定提供机械支撑。
②按规定为各种电子元器件之间实现电气连接或绝缘。这是印制板的基本功能也是电子整机上印制板的基本要求。
③在高速或高频电路中为电路提供所需的电气特性、特性阻抗和电磁兼容特性。
④为电子元器件的焊接提供保证焊接质量的阻焊图形，为印制板上的元器件安装、检查、维修提供识别的图形和字符，能提高安装和检查、维修的效率。
⑤内部嵌入无源元件的印制板，提供了一定的电气功能，简化了电子安装程序，提高了产品的可靠性。
⑥在大规模和超大规模的电子封装器件中，为电子元器件小型化的芯片封装提供了有效的芯片载体。1.3 印制板的发展简史
自20世纪初（1903年），德国人汉森（A．Hanson）提出“印制电路”这个概念以来，印制电路的发展已有上百年的历史。虽然当时汉森制造的不是真正意义上的“印制电路”，但是确实在绝缘基板上制作了按某种几何图形排列的导体阵列，满足了电话交换机的需求。此后又有爱迪生、贝里、Max Schoop、Charles Ducas等人先后发明了多种印制电路的加工方法，并提出了电路图形转移的基本概念。到第二次世界大战前印制电路技术有了突破性的发展，奥地利人Paul Eisler利用蚀刻法制造了印制电路并成功地应用到盟军的高可靠武器近爆炸引信中，发挥了重要作用。第二次世界大战后印制电路技术得到了快速发展，1947年美国航空委员会和国家标准局发起印制电路的研讨会，将此前的印制电路制造方法归纳为六类，即金属浆料涂覆法、喷涂法、真空沉积法、化学沉积法、模压法、粉末涂撒法，但是这些方法都未能实现大规模工业化生产。
直到20世纪50年代初期，由于覆铜箔层压板的铜箔和层压板的黏合强度和耐焊性问题得到解决，性能稳定可靠，并实现了工业化大生产，铜箔蚀刻法成为印制板制造技术的主流。开始是单面印制板，到了20世纪60年代有镀覆孔的双面印制板也实现了大规模生产， 20世纪70年代多层印制板得到迅速的发展，并不断向高精度、高密度、细导线、小孔径、高可靠性、低成本和自动化、连续生产方向发展。20世纪80年代，表面安装印制板（SMB）逐渐替代插装式（THT）印制板，成为生产的主流。20世纪90年代以来表面安装技术进一步从四边扁平封装（QFP）向球栅阵列封装（BGA）发展，高密度的BGA印制板得到了很快的发展。同时芯片级封装（CSP）印制板和以有机层压板材料为基板的多芯片模块封装技术（MCM-L）用印制板也迅速发展。
以1990年日本IBM公司开发的表面积层电路技术（Surface Laminar Circuit，SLC）为代表，新一代的印制板是具有埋孔、盲孔，孔径为0.15mm以下，导线宽度和间距在0.1mm以下的高密度积层式薄型多层板，即高密度互连（HDI）板。在日本更多地称HDI板为积层式多层（BUM）板，并已开发出一二十种不同的制造方法，其中较有名的除SLC外，还有日本松下电子部品的ALIVH法、东芝公司的B2it法、CMK公司的CLLAVIS法等。
美国在1994年成立了互连技术研究协会（HTRI），1997年出版一份评估报告，正式提出了HDI——高密度互连这个新概念。HDI印制板的特点是具有微导通孔，其孔径小于等于0.15mm，且大部分是盲孔和埋孔；孔环径宽小于等于0.25mm；线宽和间距小于等于0.075mm；接点密度130点/in2；布线密度大于等于117条线/in2。
根据实际应用和工艺成熟的程度，美国IPC将HDI板归纳为六种类型。21世纪的印制板技术方向就是HDI新技术，即BUM新技术。据Prismark资料，1999年HDI/BUM的产值为32亿美元，占PCB市场的9％；2004年产值达122.6亿美元，占PCB市场的22.5％。HDI/BUM的年增长率超过30％，目前已广泛应用于移动通信设备、声像电子产品等小型化、多功能的电子产品中。
我国从20世纪50年代中期就开始了单面印制板的研制。1956年由王铁中等人首先研制成功了第一块印制板，应用于半导体收音机中。20世纪60年代中期我国自力更生地开发了覆铜板层压板基材的批量生产，使铜箔蚀刻法成为我国印制板生产的主导工艺。在20世纪60年代已能大批量地生产单面板，小批量地生产双面板。在20世纪60年代末我国研制的“东方红”一号卫星系统已成功地大量采用了有金属化孔的双面印制板，并且有少数单位已开始研制多层板。20世纪70年代国内推广过图形电镀-蚀刻法工艺，但由于受到当时条件的限制，印制电路专用材料和专用设备的研制开发和商品化进展不快，整个生产技术水平落后于国外先进水平。进入20世纪80年代，由于改革开放，不仅引进了大量具有当时国外先进水平的各类印制板生产线，而且经过学习、消化、吸收，较快地提高了我国印制板生产技术水平。20世纪90年代中，我国香港和台湾地区以及日本、澳大利亚等印制电路板生产厂商纷纷来到我国内地合资或独资设厂，使我国印制板产量猛增。2000年后又有了迅猛的发展，据世界电子电路理事会（WECC）的统计资料表明，2006年中国印制板的产值达到121亿美元，已经超过日本成为世界第一印制板生产大国。整个行业的大多数企业通过了ISO 9000质量体系认证。在生产技术上，由于引进了国外先进生产设备和先进生产技术，包括先进的生产管理，已大大缩短了和国外先进水平的差距，取得了巨大的进步。
目前，我国正处于以QFP、BGA封装为主的表面安装印制板量产化阶段，并向芯片级封装用的积层式多层板和刚挠结合印制板量产化方向发展，主要应用于汽车电子、3G手机、通信、计算机和航空、航天电子产品等高科技产品上。
近年来，有不少印制板企业已可将导线宽度做到0.075～0.125mm，制作多层板的内层细导线工艺已由网印湿膜代替干膜，使用了辊轮涂覆液体感光胶工艺，可以成功地制作线宽和间距为0.1mm的内层板，并从完成光成像全过程后，连接到酸性蚀刻、退膜，直至到水平式黑氧化线等过程，实现了制作细线内层板的全自动化生产。孔径已可做到小于等于0.20mm，并开始使用激光钻孔技术生产带有埋孔、盲孔的薄型多层印制板和开始制造高密度互连印制板（HDI板）。
我国虽然已是印制板生产的大国，但并不是印制板技术强国，在技术上与世界先进水平相比仍有很大差距。在我国生产的印制板基本是大量的中低档产品。技术含量较高的3G手机用的刚挠结合印制板、HDI板、芯片载板及高性能的基材还需要大量进口。我国印制板工业的现状是缺乏研究开发力量，靠引进购买获得新技术和新设备，缺少自己的创新技术。加强高端印制板及其基材的研制和量产，努力创新开发自主生产的高档印制板及其生产设备是我国印制电路业界共同努力和奋斗的方向。我们不仅要做印制板的生产大国，更要做印制电路板的强国。
推动印制电路板技术进步的是电子元器件的高集成化和组装技术的高密度和微小型化。展望21世纪，印制电路新技术将围绕芯片级封装（CSP，MCM）用的积层式多层印制板（BUM）和为BGA、CSP等封装器件用的表面安装印制板和高密度互连印制板（HDI）以及适应各类高速、微波电路需要的印制板方向发展。有些工作我国目前还刚在起步，有待投资开发、研制和批量生产，尽快赶上世界先进水平。1.4 印制板的基本制造工艺
不同类型印制板的制造方法有所不同，同一种类型的印制板也有不同的加工工艺方法。尽管制造的工艺方法很多，但可以归类于以下三种基本方法：
减成法：在覆铜箔基材上通过钻孔、孔金属化、图形转移、电镀、蚀刻或雕刻等工艺加工选择性地去除部分铜箔，形成导电图形。
加成法：通过网印或曝光形成图形、钻孔、沉铜、转移层压等加工，直接将导电图形制作在绝缘基材上。
半加成法：加成法与减成法相结合，巧妙地利用两种方法加工的特点在绝缘基材上形成导电图形。HDI板中的BUM板就是采用此种工艺方法。
目前应用最广泛、最成熟的生产技术是减成法。当然随着科学技术的进步，一些新的工艺方法和技术也在不断地出现和发展，如积层式多层板、刚挠结合多层板等的制造技术，不同于一般的减成法或加成法。以下将分别对三种印制板的制作工艺方法作一简单介绍。1.4.1 减成法
减成法制造印制板是在覆有铜箔的层压板上，通过抗蚀图形保护有选择性地蚀刻除去不需要的导电铜箔而形成导电图形的工艺方法，所以减成法又称为铜箔蚀刻法。根据印制板的类型不同有不同的加工流程，具体的工艺流程和制造技术将在第4章详细介绍。减成法所用的基材和最终产品示意如图1-2所示。图1-2 减成法工艺1.4.2 加成法
加成法是通过丝网印刷或化学沉积法，把导电材料直接印制在绝缘材料上形成导电图形。采用较多的是以下两种全加成法：
①通过丝网印刷把导电材料印制到绝缘基板上，如陶瓷或聚合物上。如果把金属导电浆印在陶瓷基板上，再经过高温烧结熔合，形成陶瓷厚膜印制板（CTF）。如果把导电油墨印制到高分子的绝缘材料上，经加温快速干燥固化后，形成聚合物的厚膜电路（PTF）。
②在含有催化剂的绝缘基材上，经过活化处理后，制作与需要的导电图形相反的电镀抗蚀层图形，在抗蚀剂的窗口中（露出的活化面）进行选择性的化学镀铜，直至需要的铜层厚度。该法的化学镀铜时间长、速度慢、效率低，并且化学沉铜层延展率低，镀层厚度也难以控制，应用不广。在此基础上又研制出了半加成法工艺，即以沉积的薄铜层作为种子层，再进行图形电镀加厚孔壁和印制导线的镀层，然后蚀刻。由于蚀刻的铜层薄侧蚀量小，制作的导线精度高，从而加快了生产的速度、改善了镀铜层的质量，成为原始的半加成法。此法经过多年的研究改进，发展成为应用日益广泛的新型半加成工艺技术。
加成法工艺示意图如图1-3所示。注1：陶瓷基板一般为单面，聚合物膜基材有可以钻孔的单、双面板，多用于挠性印制板。注2：需钻孔的板应先在基材上钻孔，然后涂覆抗蚀层再进行选择性化学镀铜，最后退除抗蚀层形成有金属化孔的导电图形，再进行防氧化处理和外形加工成为成品印制板。图1-3 加成法工艺示意1.4.3 半加成法
半加成法是巧妙地运用了减成法和加成法工艺的特点制造印制板的一种方法，是由原始的半加成法工艺衍生出来的新型工艺技术。典型的工艺是用无黏结剂的覆树脂薄铜箔（RCC）压合在刚性芯板上，以此铜箔作为导电的“种子”层，在薄铜箔的上面用光刻的方法制作耐电镀的抗蚀图形，再进行图形电镀，达到需要的铜层厚度后，去掉耐电镀抗蚀层，然后进行蚀刻，将很薄的“种子”铜箔去掉，同时也去掉导体上微量的电镀铜（相当于一次抛光去掉的薄铜）和电镀层粗糙的边缘，形成精细的导电图形。目前可以做到线宽为0.025mm，线间距为0.05mm的精细导线，甚至有的工艺可以做到12μm宽的导线。该技术已广泛用于高密度互连印制板（HDI板）的制作工艺中。
HDI板是以导线精细、布线密度高，具有小孔径的过孔（孔径小于0.25mm的盲孔和埋孔）为特征的印制板，现在已大量地应用在中、高端手机等通信电子产品中，满足2G/2.5G手机和入门级的3G手机对印制板的“小、薄、密、平”要求。如果用HDI板再结合采用刚挠结合技术，可成为降低3G手机厚度的主要途径。HDI板已成为当前一段时期内印制板的发展趋势。
HDI板的制造方法很多，发展也很快，主要有传统的机械法钻微孔和盲孔，再逐次压合法。随着覆树脂铜箔（RCC）的出现和激光加工更小孔径等技术的发展，又产生了RCC工艺、印刷热固化树脂工艺和感光树脂法等工艺流程。美国电子电路与封装协会根据文献报道过的HDI板的结构，试图通过某种次序进行分类和标识，至今已对6种结构进行了标识，简介如下：
1．1型结构
1型HDI板的典型结构是具有刚性双面或多层芯板。它是在刚性芯板的上下两面再增加一个或多个微孔的积层层，增加一个微孔积层层的称为1阶（1＋N＋1）HDI板，增加两个微孔的积层层称为2阶（2＋N＋2）HDI板，依次类推有3阶、4阶……多阶HDI板。积层层上的微孔和通孔同时完成电镀。1型HDI板的结构和盲孔结构如图1-4所示。图1-4 1型HDI板结构和盲孔结构
2．2型结构
2型HDI板的典型结构是具有电镀通孔的刚性双面或多层芯板，芯板上的通孔在进行积层压合前用树脂填充，制造工艺完成后这些孔成为盲孔（或半盲孔），在芯板的一面或两面制作电镀积层的微孔（盲孔），如图1-5所示。图1-5 2型HDI板结构
3．3型结构
3型HDI板的典型结构是在具有盲孔的刚性多层芯板的一面有一层或多层微孔的积层层，在另一面有两层或更多层积层层，并有镀覆的导通孔贯穿全板实现层间连接，其结构如图1-6所示。图1-6 3型HDI板结构
4．4型结构
4型HDI板的典型结构是具有刚性绝缘层和金属芯的芯板，在芯板的每一面上有一层或更多层的积层层，有导通孔贯穿连接PCB的两面，如图1-7所示。金属芯板可以调节印制板的散热效果，有利于大功率器件的高密度组装。图1-7 4型HDI板结构
5．5型结构
5型HDI板的典型结构是具有导电油墨或电镀的塞孔，采用逐次压合形成有垂直方向连接的互连结构。根据盲孔叠合的数量和塞孔的材料及方法不同有多种形式。对于用导电油墨塞孔，必须先进行电镀再塞孔，经研磨、孔面隔离电镀，然后再压合另一层，但此法对于较小孔径的盲孔进行树脂塞孔时，难以将孔内气泡排除干净，使连接的可靠性下降。而电镀塞孔法流程简单、可靠性高，是比较理想的填孔方法，目前采用较多，可以制作出多阶盲孔的HDI板。5型HDI板典型结构如图1-8所示。图1-8 5型HDI板结构（三阶）
5型HDI板的制作流程如图1-9所示。图1-9 5型HDI板的制作流程
6．6型结构
6型HDI板的典型结构是利用整块铜箔上电镀立柱或模版漏印导电聚合物，叠加半固化片、铜箔，在层压过程中刺穿薄的绝缘材料形成垂直互连，然后在导电凸点上成像、蚀刻并进行图形电镀形成新的凸点后再层压，如此反复形成多阶的HDI互连结构的板，如图1-10所示。该结构的制造方法又称为B2it法。该法主要用于生产集成电路芯片的载板印制板。图1-10 6型HDI板结构
此外还有感光树脂积层多层板、转移法积层多层板等，虽然方法不同，但是最终制作出的HDI板的结构类同于上述某一结构，所以不再一一介绍。
HDI板是现代印制板的高端产品，由于通孔的直径小，占用的空间小，提高了布线密度，导线层与层之间介质层薄，使导线中的信号传输路径短、速度快，非常有利于高频高速信号的传输；HDI板能提供很薄的板厚度，是有多层布线的多层印制板，是需要轻、薄、小而可靠性高的现代通信设备不可缺少的重要基础零部件，目前主要应用在手机和现代移动通信设备上。因为HDI板积层层的间距和导线间距小，层间、线间的耐电压较普通印制板低，通孔和盲孔或埋孔的孔径小、孔内镀层较薄一般为12～15μm，所以对于工作电流较大和电压较高的印制板还是采用普通的多层板更可靠一些。
HDI板的制造技术集中了许多现代科学的技术成果，如激光成像、激光钻孔、高精度数控钻床、高精度平行光曝光、自动光学检测（AOI）、等离子处理、水平脉冲电镀技术以及感光性树脂、RCC铜箔等高技术设备、工艺和材料等，所以普通的印制板厂没有此种加工能力，目前能批量生产HDI板的厂商主要以日本厂商为主，我国有台湾的华通、同泰及超声，上海美维科技有限公司和深圳五洲电路集团有限公司等。由于HDI板是高技术的印制板产品，应用领域日益扩大，需求量急遽增加，一些生产技术和设备能力较强的国内厂家也在投资研发和扩大HDI板的生产。1.5 印制板生产技术的发展方向
印制板的发展方向受集成电路与封装技术发展的推动，其发展方向适应电子整机产品的小型化、多功能、高可靠的要求和信息化产品的需求而发展，即印制板向高密度、高精度、细导线、细间距、高可靠、多层、轻量、薄型、小型和高速传输方向发展。当前全球对印制板的应用逐渐呈现两极化的发展：一种是轻、薄、小，产品生产周期变化快，市场寿命短的产品；另一种是安全性、可靠性和稳定性要求高，使用寿命长的产品，如国防、航空、航天等高可靠要求的电子产品。在生产上同时向提高生产率、降低成本、自动化、清洁生产和适应多品种、小批量生产的方向发展。在用途上高频、高速印制电路用印制板是今后一段时期内主要的发展动向。具体的生产技术和产品的发展方向将在第12章详细介绍。第2章印制电路板的基板材料
印制板用的基板材料简称基材，是制造印制板的主要基础材料，是安装和支撑电子元器件的基板。基材的性能对成品印制板中有些特性的影响很大，尤其是印制板的耐电压、绝缘电阻、介电常数、介质损耗等电性能，以及耐热性、吸湿性，是否环保等。基材的性能还影响印制板的其他基本性能、制造工艺、成本和使用的可靠性。随着电路的数字化和信息处理高速化及电路工作频率的急速提高，印制板内电子信号传送的速度越来越快，布线密度和电路层数越来越高，对印制板用的基材提出了更高的要求，基材的性能也会影响到电路的性能，所以正确选择基材是印制板设计的重要内容，尤其高速电路印制板的基材选择更为重要，往往由于对印制板基材选用不当，而使印制板产品的性能和加工性变差。选择基材是印制板设计必须考虑的问题，掌握基材的特性也是做好印制板加工的前提。
要正确选用印制板的基材，就要了解基材、熟悉基材的有关特性以及它对印制电路板性能的影响，只有选好基材、用好基材，再加以合理的布局、布线才能最终设计出满足电路需要的印制板。随着电子产品的发展和技术的进步，还会有许多新的材料不断出现，尤其是高性能基材是当前基材发展的趋势。印制板设计者和制造者应在了解相关基材标准规定的材料的同时，再不断地了解和跟踪新型基材的发展动向，以便能及时采用先进的、更加适用于各种电路使用的印制板基材。2.1 印制板用基材的分类和性能
印制板用的基材根据加工的工艺方法不同和产品使用的性能要求不同，有许多种类和规格。随着印制板技术和品种的发展，基材的形式多样化、同一类基材的品种多样化、基材的性能均衡化，并且随着市场竞争的加剧，许多基材生产厂家又重点发展企业特色化的产品。因而，在基材的分类方面就有按基材的结构特征、主体树脂成分、某项特性和用途等多种分类方法。2.1.1 基材的分类
在基材的分类方法中最基本与应用最多的方法是按基材的结构特征分类。通常按基材的结构特征分为覆铜箔层压板、附树脂铜箔、半固化片（粘结片）和无铜箔的特殊绝缘材料等几大类。
1．覆铜箔层压板
覆铜箔层压板（Copper Clad Laminate，CCL）简称覆铜板。它是将增强材料浸以某种树脂胶液，预烘干后制成预浸渍材料（半固化片），再根据厚度要求将多个半固化片叠合在一起，在其最外层的一面或两面覆以铜箔，经过加热、加压固化后而成的板状复合材料。为了提高树脂与铜箔的黏合力，在铜箔与树脂黏结的一面，预先经过微蚀和氧化处理（又称棕化或黑化）形成微观粗糙的黏合面。以双面覆铜箔层压板为例，其结构如图2-1所示。图2-1 双面覆铜箔层压板的结构
CCL是印制板用的基材中一类重要的产品结构形态，是目前国内外应用最广泛、用量最大的以减成法（铜箔蚀刻法）制造印制板所用的基材。
2．附树脂铜箔
附树脂铜箔（Resin Coated Copper，RCC）是在电解铜箔上，经过表面处理后，涂覆上一层有机树脂（一般厚度为50～100μm）制成B阶段树脂结构的附有铜箔的半固化片。这是20世纪末期发展起来的新型材料，主要用于积层法制作高密度互连印制板（HDI板），适合于印制板的小型化和薄型化要求，目前已广泛应用于高速电路的通信设备印制板和不同用途的HDI板中。
3．半固化片
半固化片，又称粘结片（Prepreg，简称P.P），是将经脱脂处理后的增强材料浸以某种树脂胶液，预烘干后制成预浸渍材料的薄片，表面不覆铜箔，有不同的厚度规格，用于制作多层印制板时的中间层黏结的材料，经过层压、固化后成为多层印制板中绝缘材料的一部分。为了适应高精度高层数多层印制板和刚挠结合多层印制板层压的需要，近年来又开发了一种无流动性半固化片（No-flow Prepreg），它与一般半固化片的主要区别是层压过程中树脂的流动性较小，有利于保证各层导电图形的重合精度。
4．无铜箔的特殊基材
无铜箔的特殊基材是指光敏性绝缘基板，是含有光敏催化剂的绝缘材料，表面没有铜箔，在制作印制板的过程中根据需要沉积和电镀上铜箔。该材料主要用于全加成法制作印制板和制作HDI板。
以上几大类基材中又有不同划分规则，分为许多子类和品种。以下将重点介绍目前应用最多、最广泛的印制板基材——覆铜箔板（或简称覆铜板）的分类和性能。2.1.2 覆铜箔板的分类
由于电子产品的需求不同，覆铜箔板又分为许多种类和规格。从板材的刚性和使用特点分类，基本分为刚性基材和挠性基材两大类。刚性基材又称刚性板，顾名思义该材料物理状态呈刚性，机械强度较高，不能弯曲或弯折使用。挠性基材，又称柔性板或软板，较薄，可以弯曲或弯折使用。
1．刚性覆铜箔板
刚性覆铜箔板（Rigid Copper Clad Laminate，CCL）由树脂、增强材料与铜箔层压制成，是目前发展最成熟、品种和类别最多的一大类印制板基材，其分类有以下方法：（1）按基材中的增强材料不同分类
基材中的增强材料主要分为纸基、玻璃布基、复合基、特殊材料基四大类，每一类又按树脂成分的不同分为许多子类。印制板基材的特性，主要取决于增强材料和树脂。
①纸基板。以浸渍纤维纸作为增强材料，再经过覆铜箔层压而制成的基材，简称为纸基板。纸基板以单面覆铜板为主（如FR-1、FR-2、FR-3），有较好的电气性能、成本低，但是吸湿性较大，只用于一般低值消费电子产品，如收音机、电子玩具等用的印制板，不适用于高速电路用印制板和其他高可靠要求电子产品的印制板。
②玻璃布基板（又称玻纤布基板）。玻璃布基板以玻璃纤维纺织而成的布浸渍树脂作为增强材料，通常用环氧树脂或其他高性能树脂作为浸渍材料（如G10、FR-4/FR-5），其电气性能好、工作温度较高。有许多高性能基材都采用玻璃布基板。玻璃布基板是大多数可靠性要求较高的电子产品和高速电路印制板的优选材料。
③复合基板。复合基板是采用两种以上的增强材料的基板，表层和芯层采用了两种不同的增强材料，如芯层增强材料为环氧-纤维纸，表层为环氧-玻璃布的CEM-1型或者芯层增强材料为环氧-玻璃纤维纸，表层为环氧-玻璃布的CEM-3型。复合基板性能较纸基板有很大改善，成本较玻璃布基板低，主要应用于民用电子和一般电子产品。
④特殊材料基板。特殊基材包括特殊功能的金属、陶瓷或耐热热塑型基板的材料。这些材料通常作为高导热性材料，应用于大功率器件、电源模块、汽车电子产品、高密度安装的IC封装等印制电路板。这些印制板对基板的散热性有越来越高的要求，基板材料的导热性能也更加成为一项重要的性能。用于这类印制板的基材有金属基材和陶瓷基材。
a．金属基材：金属基板的印制板基材，一般由金属板层、绝缘层和铜箔三部分构成，金属基的基材又根据其结构、组成和性能的不同分为三种形式，如图2-2所示。金属芯覆铜板的芯部材料通常有铜板、铝板、覆铜因瓦钢或钼板等，它的特性是散热性好，较高的机械强度和韧性，热膨胀性较树脂小，这些特性接近于铜箔，有利于提高金属化孔的可靠性。金属基板可以防止电磁波辐射，起到电磁屏蔽的作用。铁基板有磁力特性，可用于有磁性要求的磁带录像机、软盘驱动器内的精密电动机上。图2-2 金属基板的分类
b．陶瓷基材：陶瓷基材是在陶瓷材料上覆有铜箔，由陶瓷基材、键合黏结层和导电层（铜箔）构成。陶瓷基材热膨胀系数小、导热性好、尺寸稳定，大多作为器件的芯片载板或组合器件的基板，也是比较理想的表面安装用印制板的基材；但是基板尺寸较小、脆性大、硬度高，难以加工，介电常数较大。陶瓷的种类有很多，可按成分加以分类，如有Al2O3、SiO2、MgO、Al2O3-SiC、AlN、ZnO、BeO、MgO、Cr2O3等种类的陶瓷片，目前采用最多、应用最广的是Al2O3陶瓷片；还可按键合的工艺不同划分为直接键合法（DCB）和黏结层压键合法两大类。
这些能散热或耐热型的基材，所用材料的导热性能的表征特性参数有比热、热导率（导热系数）、热阻等。选用基材时，应根据所需要印制板的功能，考虑材料的特性参数，确定基材的种类。
在使用基板材料时，如果需要通过基板材料传导更多的热，起到更好的散热效果，那么就希望所用的基板材料的比热越小越好。如果需要通过基板材料能够起到隔绝热的功效，那么就希望所用的基板材料的比热越大越好。
表征材料导热性能的比热和热导率等特性参数的物理含义如下：● 比热：是指1g的物质在上升1℃温度时所吸收的热量。对于同一
个物质，比热的大小与加热时的条件，如温度的高低、压强和体
积的变化情况有关。● 热导率：又称为热传导系数、热传导率、导热系数。它是表示物
质热传导性能的物理量，是指当等温面垂直距离为1m，其温度
差为1℃时，由于热传导而在1h内穿过1m2面积的热量（千
卡），单位为千卡/（米·小时·℃）（k/（m·h·℃））。实际应用
中，通常以热功当量换算后用“瓦/（米·度）”（W/（m·K））或
千瓦/米·度来表示。如果需要基板材料负担更大的散热功效，所
采用的基板材料要求具有高热导率。如果需要通过基板材料能够
起到隔绝热的功效，那么就希望所用的基板材料的热导率越低越
好。与印制板基材组成相关的几种材料的热导率见表2-1。表2-1 与印制板基材组成相关的几种材料的热导率热导率（W/（m·材料品种K））氧化铝陶瓷（部分IC封装基板采用）18金属铝236金属铜403立方体型氮化硼（填充材料）1300三氧化二铝（填充材料）25～40E型玻璃纤维布1.00.133双酚A环氧树脂一般固化物FR-4环氧玻璃纤维布基覆铜板0.5
一般将不同构造所表现出的不同热导率的基板材料，划分为三种不同导热功能的等级，见表2-2。表2-2 印制板基材的导热功能等级导热等级热导率板材示例一级0.5W/（m·K）以下一般FR-4基覆铜板0.5～3.0W/（m·K）二级厚铜箔的FR-4基覆铜板＞3.0～10.0W/（m·K）三级金属基（芯）覆铜板
过去在基板上所采取的散热手段，一直是使用铝材等金属板作为芯材的金属基（芯）覆铜板。但是，使用这种具有散热功能的基材制造多层印制板，存在着通孔加工工艺困难、制造成本较高的问题。日本覆铜板业近年来在制造有一定散热性需要的基板材料方面，采用覆厚铜箔（105μm、140μm、175μm、400μm）的方法，厚铜箔热容量大，散热快。日本新神户电机公司开发出了一种内层含厚铜箔（105μm）的四层预制内芯多层板（又称为“屏蔽板”）。它的热导率可以达到2.3W/（m.K），是同样结构的一般FR-4“屏蔽板”（四层）的4.6倍，能够实现很好的散热功能。这种基板材料在导热功能上，属于上述的导热功能的第二等级。
定量描述一种物体的导热性能，可以用热导率，也可以用另外一个特性参数来表达，它就是“热阻”。热导率适于表征一种均匀材质的材料的导热性能，而作为多种材料复合的基板材料，它的导热性能更适合于用热阻来定量描述。在热传导的方式下，物体两侧的表面温度之差（简称温差）是热量传递的推动力。热阻（RT）等于这种温差（T1-T2）除以热流量（P）。因此，基板材料的热阻越小越说明它的导热性好。表2-3给出了不同材料、不同基板材料的热阻。表2-3 不同材料、不同基板材料的热阻材料种类热阻（℃/W）铝板0.3FR-4环氧玻璃布CCL（1.2mm厚）7.83陶瓷基CCL（0.6mm厚）1.19铁-环氧基CCL（1.0mm厚）1.35铝-环氧基CCL（1.0mm厚）1.10
在设计考虑印制板的散热问题时，可参照以上材料的性能，选取合适的材料。在高速电路印制板中选用表2-2中的第二等级的较为合适，因为较厚的铜箔除了有散热作用外还可以作为低阻抗的接地面。（2）按基材中的主体树脂分类
基材中的主体树脂，对基材的特性有重要影响，也能反映出基材的某些主要特性，所以按基材中的主体树脂分类也是对覆铜箔层压板基材的一种分类方法。在基材中采用的主体树脂种类有酚醛树脂、环氧树脂（EP）、聚酰亚胺树脂（PI）、聚苯醚树脂（PPO或PPE）、聚四氟乙烯树脂（PTFE）、双马来酰亚胺三嗪树脂（BT）、氰酸酯树脂（CE）等。用这些树脂或改性的树脂与上述增强材料结合的层压板，一般称为某树脂型覆铜箔层压板。其中改性的环氧树脂、PI、PPO、PTFE、BT、CE与玻璃布结合制成的覆铜板具有一项或多项性能高于一般基材的水平，这些基材通称为高性能基材，适合于不同电路性能和高速、高频电路的印制板使用。（3）按覆铜板的某一突出的性能差异分类
按覆铜板的某一突出的性能差异分类，便于选择某种特性突出的基材，从基材的名称就能知道其突出的性能。
①按基材的阻燃性能。在有机树脂性材料中能达到UL标准（美国保险商试验室标准）中规定的垂直燃烧法试验的燃烧性要求V级的板，称为阻燃型板（又称V0板），它抗燃烧性能最好。依次还有V1、V2级等。该材料的特点是防火性能好，不易燃烧，使用安全性好。
燃烧法试验达到UL标准的HB级要求的板称为非阻燃型板。我国标准中的CEPGC-31就是非阻燃型环氧玻璃布层压板。阻燃型板相当于美国NEMA标准中的FR-2、FR-3、FR-4、FR-5等，内层印有红色商标标记。我国标准是按国际通用的命名法，用材料的英文缩写并在基材代号后面加“F”表示为阻燃型板材，如CEPGC-32F。凡是对使用中安全性要求较高的产品和有较高可靠性要求的印制板通常都应采用阻燃型基材。
②按介电常数性能高低。高速和高频电路印制板的应用越来越多，基材的介电常数对印制板的特性阻抗有重要影响，所以按介电常数性能高低分类，更便于高速、高频电路印制板对基材的选用。一般介电常数在频率为GHz级时能稳定在3左右，介质损耗角正切值小于或等于10-3的基材，称为低介电常数板材，主要用于高速、高频电路的印制板。高频和微波电路印制板既有使用低介电常数基材的，也有采用较高介电常数基材的，关键是考虑阻抗的匹配和低介质损耗。
介电常数在10以上甚至达到几十或上百的基材称为高介电常数基材，主要用于埋入无源元器件的多层印制板。在多层印制板的接地层和电源层如果采用该基材，可以缩短IC与电容的连接距离，能降低电路的寄生电感，有利于高速、高频电路的去耦作用，并有降低接地、电源层上产生的谐振噪声的作用。
③按材料的某一突出性能。通常还可以按材料的耐热性能（表现在Tg、Td和t260或t288等参数）、热膨胀系数（CTE）、耐漏电起痕性（CTI）和耐离子迁移性（CAF）、无卤素环保型等特性分类。同一类耐热型基材根据玻璃化转变温度的高低又分为多个等级，这种分类方法有利于设计选择材料时找到满足某种特性的基材。
2．挠性覆铜箔板
挠性覆铜箔板（Flexible Copper Clad Laminate，FCCL）是20世纪70年代出现的一类软性印制板基材，是由金属箔（一般为铜箔）、绝缘薄膜、黏结剂三类不同材料、不同的功能层复合而成，可以弯曲和挠曲的印制板基材。挠性印制板近年来发展很快，其产量接近于刚性印制板的产量，广泛应用于便携式通信设备、计算机、打印机等领域。
为了降低挠性印制板的厚度，提高挠曲性和耐热性及抗剥离性能，实现高性能和薄型化印制板的需要，近年来开发了二层型FCCL，它不需要黏结剂，直接由挠性绝缘材料和铜箔构成。由于不用丙烯酸黏结剂，基材在Z方向的热膨胀系数较小，高速信号传输时的介质损耗小，是用于刚挠结合性印制板中的挠性基材的优选材料。但是，目前该基材的供应量不如三层法基材的供应量大，成本也较高。
主要挠性板材有覆铜箔聚酯薄膜、覆铜箔聚酰亚胺薄膜、覆铜箔聚酰亚胺氟碳乙烯薄膜和薄型环氧玻璃布覆铜板（薄型FR-4）等。（1）覆铜箔聚酯薄膜（PET）
覆铜箔聚酯薄膜的抗拉强度、介电常数、绝缘电阻等机电性能较好，并有良好的耐吸湿性和吸湿后的尺寸温定性，缺点是耐热性差，受热后尺寸变化大，不耐焊接，工作温度较低（低于105℃）。PET只用于不需焊接的印制传输线和电子整机内的扁平电缆等。（2）覆铜箔聚酰亚胺薄膜（PI）
覆铜箔聚酰亚胺薄膜具有良好的电气特性、机械特性、阻燃性和耐化学药品性、耐气候性等，最突出的特点是耐热性高，其玻璃化转变温度Tg高于220℃；缺点是吸湿性较高，高温下或吸湿后尺寸收缩率大，成本较高，安装焊接前需要预烘去除潮气。PI适用于高速电路微带或带状线式的信号传输的挠性印制板，也是目前挠性基材中应用最多的一种基材。（3）薄型环氧玻璃布覆铜板
薄型环氧玻璃布覆铜板是近年来发展起来的一种挠性基材，除挠曲性能外在绝缘性能、耐湿性能、尺寸稳定性等综合性能方面，薄型FR-4板要明显好于传统的FCCL，目前已应用于卷带状IC封装的载板，并且成本低于PI板。（4）其他挠性板材
根据需求的不同，国外近年来还开发了以氟碳乙烯薄膜、芳香聚酰胺纸、聚砜薄膜及液晶聚合物（LCP）薄膜等为基片的特殊材料的挠性覆铜箔板。
在这些挠性基材中按制造工艺方法不同又分为二层法和三层法挠性基材，两者的区别在于：三层法是传统的工艺方法制造，即由铜箔、绝缘薄膜和黏结剂复合热压而成；二层法是由绝缘薄膜与铜箔组成，它有几种不同的制作工艺方法，但共同特点是没有黏结剂。二层法与三层法挠性基材比较，其优点是厚度薄、质量轻、挠曲性能与阻燃性更好，易于阻抗匹配，尺寸稳定性好。二层法挠性板更适合于有阻抗匹配要求的高速电路用FPC、高密度布线的FPC，以及COF、TBA、CSP等器件的载板和刚挠结合印制板的挠性部分的材料。
在以上两大类材料中还可以按用途分类为一般性基材、高频高速印制板用基材、高频电路用基材、高耐热型基材、高尺寸稳定性和绿色环保型基材等。
综上所述，印制板用的覆铜箔基材的种类、名称和主要特点可以概括在表2-4中。表2-4 覆铜箔基材的分类和特点注：*为美国电器制造商协会（ENMA）标准规定的印制板基材名称代码。2.1.3 覆铜箔层压板的品种和规格
以上各类材料中根据所用树脂材料不同分为多个品种；根据覆箔层压板的覆铜箔面数分为单面板、双面板和用于制造多层板的薄型单面或双面板。
按照覆箔板的厚度（或挠性板绝缘薄膜的厚度）和铜箔的厚度不同又有多种规格。如按覆铜板的厚度，则板的厚度规格为0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm等。厚度在0.8mm以下的0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm的板材，为非标准板材，主要用于制作多层印制板。按铜箔厚度主要规格有标称值为5μm、9μm、18μm、35μm、70μm、105μm等多种规格。
用于制造积层式多层印制板的感光型或热固型树脂及附树脂铜箔等材料是以上材料的特殊类型，在一般刚性印制板中使用得很少，主要用于高密度互连印制板（HDI板）。HDI板在小型化的高速电路印制板中有广泛应用。2.2 印制板用基材的特性
基材的性能包括外观质量、机械特性、物理特性、电气特性、化学性能和环境性能等多项。有的直接影响印制板的基本特性，诸如印制板的介电常数、介质损耗正切值、耐热性、阻燃性、吸湿性、耐离子迁移性和抗弯强度。印制板的耐电压、表面绝缘电阻和剥离强度等性能与基材有重要关系。有的特性直接影响印制板的安装和使用性能，如耐热性、工作温度等，体现在基材的玻璃化转变温度、热膨胀系数、热分层时间和热分解温度几个特性参数上。吸湿性主要由基材决定，吸湿性的大小会影响印制板安装时的预处理工艺和温度。2.2.1 基材的几项关键性能
基材的诸多性能中，有的是对所有印制板是通用的，有的是适应于不同用途印制板的特殊需要。所谓特殊的需求，只不过是指基材具体的技术指标在某些方面表现得更为突出。对于高速电路印制板，就需要基材的介电常数和介质损耗等特性方面更为突出，对于其他的特性也要兼顾。因为对任何印制板都需要考虑焊接性能和某些物理性能，所以对于无铅焊接用印制板的基材，通常必须认真考虑以下几项关键性能。
1．耐热性能
目前印制板多数为表面安装用的印制板，印制板用的基材在焊接过程中必定要经受较长时间的较高温度，尤其是提倡无铅焊接技术以后，由于焊接温度比有铅焊接时提高了34℃以上，印制板能否经受得住焊接时的高温，对印制板的耐热性能是一个重大的挑战，也成为印制板设计和制造、安装共同关注的问题。表征覆铜板耐热性能的主要性能是基材的耐热性。
覆铜箔板主要由树脂与增强材料（如玻璃纤维布）组成，由于其中的增强材料大都具有相当高的耐热性，所以一种基板材料耐热性的高低，主要取决于树脂部分。构成基板材料的树脂绝大多数是高分子聚合物。高分子聚合物在受热过程中将产生两类变化：一类是软化和熔融等物理变化；一类是化学变化，主要表现为树脂的环化、交联、凝胶化（热固型高分子聚合物）、老化、降解、分解和在大气环境与热的作用下发生氧化、水分解等。这些物理、化学的变化，是高分子聚合物受热后性能变差的主要原因。反映这些变化的温度参数主要有玻璃化转变温度（Tg）、熔融温度（Tm）、热分解温度（Td）。对于基板材料来讲，直接或间接表征它的热性能的技术参数，还有热膨胀系数、热分层时间（t260/t288）、浸焊耐热性、比热、热导率、弹性模量等。这些性能参数是了解和评价某种基板材料耐热性重要的依据或参考数据。以下将介绍其中最主要的几个参数。（1）玻璃化转变温度（Tg）
玻璃化转变温度（Tg）：指基材中聚合物从硬的和相当脆的状态（玻璃态）转变成黏稠的高弹态（又称橡胶态）时所处的温度。这一转变温度通常是在较窄的温度区域内变化。在常温下，覆铜板树脂为玻璃态呈刚性，在它被加热的情况下，由玻璃态转变为高弹态，即变软并有弹性的状态，所以又有的人习惯将这种状态称为“橡胶态”，此时所对应的转变温度称为“玻璃化转变温度”，普遍将它简称为“玻璃化温度”，英文缩写符号为Tg。Tg是基材中高分子聚合物材料的特有性能。高聚物的玻璃化转变温度与形变的关系如图2-3所示。换句话讲，Tg是基板保持刚性的最高温度。由于这种变化是在一定温度范围内，所以Tg是指一个温度范围，如普通FR-4基材的Tg为125～140℃。覆铜箔板的耐热性、耐湿性、热膨胀系数、耐化学药品性、尺寸稳定性等特性，均与Tg有关。也就是说，如果覆铜板的Tg提高，可对上述各项性能方面都会有相应的改善。为适应无铅化要求的PCB，在制造中所需要的CCL，应选择具有高Tg特性的CCL，以保证在较长时间高温焊接下具有良好的各项特性。图2-3 高聚物的玻璃化转变温度与形变的关系
覆铜板中的树脂一般为非结晶态的高分子聚合物，它会因环境温度的升降而发生力学状态的三种变化。高聚物的树脂状态变化与形变有密切的关系。图2-3说明了这一变化过程和相互关系。随着温度的升高，树脂状态发生变化：玻璃态（图中A至B区）→高弹态（图中B至C区）→黏流态（图中C至D区）。在玻璃态时，由于温度较低，分子具有的动能小，高分子链段处于一种“呆滞”状态，它的形变很小。随着温度的升高进入高弹态，主链具有的动能虽不足以移动，但主链上的一些单链、支链却可以发生旋转，使得链段产生滑移，甚至卷曲的趋势，使得它的形变增大，表现在板的厚度上有明显增加，热膨胀系数增大。当温度再提高，树脂状态进入黏流态时，分子之间也可相对滑动，形变急剧增大，使板的内应力也明显增大，以至产生基材板的分层。
Tg的高低将会影响焊接时的耐温度高低。根据Tg的高低可以将覆铜箔层压板分为不同的耐热档次。通常将刚性玻璃布基覆铜板按照Tg划分为四个档次，见表2-5。表2-5 根据Tg划分的刚性玻璃布基覆铜板耐热档次和品种Tg（TMA耐热档次包括的各类覆铜板举例法）（℃） 一般FR-4板（环氧-双氰胺体系，少数一档125～130为环氧-酚醛树脂体系） 多官能团或酚醛型环氧树脂对一般135～150二档FR-4树脂体系的改性FR-4板 FR-5；高耐热型树脂改性FR-4板；PPE改性环氧板；PPE改性BT板；热固三档≈170型PPE板；环氧改性BT板；环氧改性CE板；环氧改性PI板等 聚酰亚胺（PI）板；BT板；改性BT板；＞200四档CE板等
这种档次的划分包括采用不同树脂类型的覆铜板。对高耐热型覆铜板的Tg值的要求，目前没有特别明确的规定。一般习惯上将表中的第三、第四档次的Tg要求的基板（Tg＞170℃）称为高耐热型覆铜板。
如果印制板使用条件的温度是在覆铜板的Tg以上，那么覆铜板就会出现绝缘电阻恶化、基材树脂发脆的问题。高Tg的覆铜板，要比一般低Tg的基板材料具有更好的尺寸稳定性、较高的机械强度保持率、较低的热膨胀系数性、较高的耐化学性。高Tg基板材料的优良性能，应在更大温度范围的环境下得到保持。但是Tg过高的材料，硬度高、机械加工性变脆，难以机械加工。选择基材的Tg时，应兼顾两者的关系，即采用的Tg较高又较易于加工。这一特性，对于制造高精度、高密度、高可靠性、微细线路等的印制电路板，特别是多层印制板更为重要。在采用无铅焊接的多层印制板中，通常选用基材的Tg应控制在150～170℃左右较为合适。在高温场合下焊接和使用的印制板可以选用Tg高于170℃的基材。一般高耐热型板材的价格较高。（2）热膨胀系数（CTE）
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