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【覆铜板发展史】PCB覆铜箔层压板分类及工艺 ​

【覆铜板发展史】PCB覆铜箔层压板分类及工艺



随着电子信息产业的迅速发展,电子产品和电路组装技术上了一个新台阶,它促使印制电路板制造技术向微孔径、细线条、高密度布线及高多层方向发展,对覆铜板的耐热性、低膨胀系数、高尺寸稳定性、低介电损耗等提出了新要求。而环氧树脂作为覆铜板的主要原材料之一,也面临着更多新的技术需求。

2017年我国各类覆铜板总产能83839万,比2016年的83005万,微幅增长1.0%。其中2017年我国各类覆铜板总产量59084万,较2016年增长5.1%。2017年我国各类覆铜板总销售量58269万,同比微增0.7%;销售收入269371万元,同比巨幅增长28.5%。

总产能利用率达到70.5%,其中有原材料供应不足的原因,近两年增加的产能还没有量产,挠性覆铜板及相关制品的产能利用率仅为46%,降低了覆铜板行业企业的产能利用率。

2017年我国各类覆铜板生产经营情况


01

PCB覆铜箔层压板分类

PCB覆铜箔层压板由铜箔、增强材料、粘合剂三部分组成。板材通常按增强材料类别和粘合剂类别或板材特性分类。

按增强材料分类

PCB覆铜箔层压板最常用的增强材料为无碱(碱金属氧化物含量不超过0.5%)玻璃纤维制品(如玻璃布、玻璃毡)或纸(如木浆纸、漂白木浆纸、棉绒纸)等。因此,PCB覆铜箔层压板可分为玻璃布基和纸基两大类。

按粘合剂类型分类

PCB覆箔板所用粘合剂主要有酚醛、环氧、聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯树脂等,因此,PCB覆箔板也相应分成酚醛型、环氧型、聚酯型、聚酰亚胺型、聚四氟乙烯型PCB覆箔板。

按基材特性及用途分类

根据基材在火焰中及离开火源以后的燃烧程度可分为通用型和自熄型;根据基材弯曲程度可分为刚性和挠性PCB覆箔板;根据基材的工作温度和工作环境条件可分为耐热型、抗辐射型、高频用PCB覆箔板等。此外,还有在特殊场合使用的PCB覆箔板,例如预制内层覆箔板、金属基覆箔板以及根据箔材种类可分为铜箔、镍箔、银箔、铝箔、康铜箔、铍铜箔覆箔板。

02

命名规则

常用PCB覆箔板型号按GB4721-1984规定,PCB覆铜箔层压板一般由五个英文字母组合表示:第一个字母C表示覆的铜箔,第二、三两个字母表示基材选用的粘合剂树脂。例如:PE表示酚醛;EP表示环氧;uP表示不饱和聚酯;SI表示有机硅;TF表示聚四氟乙烯;PI表示聚酰亚胺。第四、五个字母表示基材选用的增强材料。例如:CP表示纤维素纤维纸;GC表示无碱玻璃纤维布;GM表示无碱玻璃纤维毡。

如PCB覆箔板的基材内芯以纤维纸、纤维素为增强材料,两面贴附无碱玻璃布者,可在CP之后加G.型号中横线右面的两位数字,表示同一类型而不同性能的产品编号。例如覆铜箔酚醛纸层压板编号为O1~20,覆铜箔环氧纸层压板编号为21~30;覆铜箔环氧玻璃布层压板编号为31~40.如在产品编号后加有字母F的,则表示该PCB覆箔板是自熄性的。

03

PCB覆铜箔层压板制造工艺

PCB覆铜箔层压板生产工艺流程如下:树脂合成与胶液配制-增强材料浸胶与烘干-浸胶料剪切与检验-浸胶料与铜箔叠层-热压成型-裁剪-检验包装。

树脂溶液的合成与配制都是在反应釜中进行的。纸基PCB覆箔板用的酚醛树脂大多是由PCB覆箔板厂合成。

玻璃布基PCB覆箔板的生产是将原料厂提供的环氧树脂与固化剂混合溶解于丙酮或二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚中,经过搅拌使其成为均匀的树脂溶液。树脂溶液经熟化8~24h后就可用于浸胶。

浸胶是在浸胶机上进行的。浸胶机分卧式和立式两种。卧式浸胶主要用于浸渍纸,立式浸胶机主要用于浸渍强度较高的玻璃布。浸渍树脂液的纸或玻璃布主,经过挤胶辊进入烘道烘干后,剪切成一定的尺寸,经检验合格后备用。

04

覆铜板发展史

中国大陆覆铜板工业从上个世纪五十年代中期诞生至今,已经有五十多年的发展史。如今中国大陆已成为全球覆铜板第一生产大国。这数十年是一个不断创新、不断追求、高速发展的历史。纵观发展历程,基本上可分为四个阶段。

第一阶段:创业起步阶段(1955~1978年)

1955年下半年,中国大陆电子工业第十研究所的科技人员创造出一种制造覆铜板的简陋工艺。用这种工艺生产的覆铜板是将铜箔粘贴在事先涂覆了酚醛改性聚乙烯醇缩甲醛的绝缘纸板上,然后再经层压加工而制成的。

后来为了满足覆铜板进一步研制的需要,玻纤行业一些生产玻纤布的厂家积极配合研制覆铜板专用玻纤布,轻工部的造纸厂开始研制覆铜板专用纸,并取得了可喜成绩。这一时期像国营七四厂及北绝厂等一些规模稍大的厂家,与这些原材料厂家紧密配合,无偿地、及时地进行了无数次工艺应用试验。因为当时中国大陆电子工业发展缓慢,印制电路板的制造水平低,对覆铜板的需求量小,技术要求也不高,所以,上述原材料基本上能满足覆铜板生产的最低要求。

第二阶段:初步发展阶段(1979~1985年)

在上个世纪七十年代末期,中国大陆黑白电视机、收录机、音响及通讯设备等得到了飞跃发展,彩色电视机在本阶段后期也开始兴起。在这期间,中国大陆印制电路板行业开始从国外引进了不少先进设备,并吸收了许多国外先进技术。这些都对覆铜板产量的增长及技术水平的提高有很大的促进。

1982年,北京绝缘材料厂率先在中国大陆从日本引进了卧式上胶机,并投入生产,研制成功主要用于黑白电视机用的阻燃型覆铜板。

1985年,国营七〇四厂在生产环氧--双氰胺玻纤基覆铜板方面,技术水平获得很大提高。无论在产量上还是在质量上,在当时都居大陆市场首位。

1985年,中国大陆正式颁布了第一套包括通用规则、试验方法和十几个品种的覆铜板国家标准,并于1985年7月1日起正式执行。这标志着中国大陆覆铜板工业已经完全明确了自已与国际发展水平的差距和未来发展的目标。

第三阶段:规模化生产阶段(1986~1994年)

随着在1985~1987年期间,中国大陆几家覆铜板企业对国外的覆铜板设备、技术引进工作趋于完成,标志着中国大陆覆铜板行业迈上了一个新的发展阶段,在技术上也出现了一个质的飞跃,与国外的差距开始逐步缩小。

在此期间,中国大陆实行改革开放政策,一大批国外独资及中外合资覆铜板厂迅速在珠江三角洲、长江三角洲、胶东半岛及辽宁半岛等沿海地区兴建投产,如东莞生益、深圳太平洋、南海南美、珠海海港、杭州国际、杭州华立达及山东招远金宝等一大批覆铜板骨干企业都是在这一时期建成投产的。再加上美日等国陆续将本国的覆铜板企业向中国大陆转移,香港地区的印制电路板厂也大批迁往内地,这一切造成了在此期间中国大陆覆铜板产量连续以20~30%年均增长率快速增长。

第四阶段:大型企业主导市场阶段(自1995年起至今)

1995年以后,又有一批日资、台资及港资的大型电子玻纤布基覆铜板生产厂在中国大陆广东及华东地区建成投产,其中有亚化科技(中国)股份有限公司、广州宏仁电子有限公司、广州松下电工有限公司、广东汕头超声电子股份有限公司及昆山台光电子材料有限公司等等。这些大型覆铜板厂对当时中国大陆的电子玻纤布市场发挥了主导作用。

近几年来,在印制电路板工业突飞猛进的促动下,中国大陆的覆铜板工业也取得了长足的进步,无论产能、质量,还是规格、品种等方面,都得到了同步发展。

自1997年以来,几乎每隔3~4年就有一次生产的飞跃。据有关统计资料,1997年珠三角地区生产电子玻纤布基FR-4型覆铜板的厂家只有4家,其产能为100.8万㎡。2000年发展到12家,其产能提高到304.8万㎡。2003年进一步发展到14家,其产能跃升到501.6万㎡。在长三角地区,1997年只有5家,其产能为48万㎡,2000年飞跃发展到12家,其产能猛增到201.6万㎡。2003年继续发展到15家,其产能再度提高到327.6万㎡。

近几年,中国相关企业也在覆铜板用特种树脂方面取得了一些突破性进展。

生益科技(600183)是中国覆铜板品类规格最为齐全的公司,但目前仍以生产各种FR-4及CEM-1、CEM-3等复合材料覆铜板产品为主,拥有多个高频、高速产品体系。2016年,生益科技投资设立江苏特材,预计达产后将实现PTFE材料产能8.8万立方米/月。在5G周期,生益科技将通过成本优势,凭借下游设备商以及本土PCB加工龙头厂商的合力推动,实现高频、高速板材规模国产化。

此外,巴陵石化环氧树脂部采用其自主研发的DCPD苯酚型环氧树脂开发的中试产品质量指标稳定,具有低介电常数和低介质损失角正切,通过了多家5G通讯厂商的5G产品测试。该部DCPD苯酚型环氧树脂产品的工业化转化已开始,预计今年年底完成。


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