2.1.2 增强纤维布
高密度封装基板用增强纤维布主要包括玻璃纤维布和芳纶纤维布两种类型。
1.玻璃纤维布
玻璃纤维布简称玻璃布,由玻璃纤维纺织而成[3]。高密度封装基板用电子级(E型)玻璃布通常是平纹布,与其他细纹布、缎纹布等相比,具有高断裂强度、不易变形、尺寸稳定性好、均匀性好等优点。
E型玻璃的化学成分为:SiO2,5%~56%;Al2O3,14%~18%;CaO,20%~24%;MgO,小于1%;Na2O+K2O,小于1%;B2O3,5%~10%,属于铝硼硅酸盐,其碱金属氧化物质量分数低于0.8%。E型玻璃具有强电绝缘性,室温下体积电阻率为1014~1015Ω·cm;1MHz下介电常数为6.2~6.6,介电损耗为0.001~0.002;热膨胀系数(CTE)为2.39×10-6/℃;导热系数为1.0W/(m·K);吸湿率为0.2%。除E型玻璃外,还有D型玻璃或Q型玻璃(低介电常数)、H型玻璃(高介电常数)、S型玻璃(高机械强度)等其他类型的玻璃。
玻璃纤维原丝的制造方法包括再熔拉丝法和高温熔融拉丝法两种。高温熔融拉丝法也称直接拉丝法,被国外公司普遍采用,工序简单,利于大批量生产和稳定产品质量。纤维原丝经过捻线加工、再织布、退浆、表面处理等工序,得到玻璃纤维布。玻璃纤维布的主要性能包括经纱、纬纱的种类,织布的密度(经纱、纬纱单位长度的根数)、厚度、单位面积质量、幅宽、断裂强度等。对于普通FR-4环氧树脂/玻璃布覆铜板,一般采用7628型玻璃布;对于薄型覆铜板和多层覆铜板,一般采用1080或2116型玻璃布。近年来,随着电子封装技术的发展,电子级玻璃布制造技术也获得明显进步。表2.5比较了封装基板用玻璃布的型号及主要指标。
表2.5 封装基板用玻璃布型号及主要指标
2.芳纶纤维布
芳纶纤维全称为芳香族聚酰胺纤维。将芳纶纤维进行短切加工,加入少量黏合剂,利用类似造纸的工艺技术及抄纸方法,制成芳纶纤维无纺布(Non-woven Aramid Fibric),其作为封装基板的增强布具有广阔的发展前景。芳纶纤维根据树脂主链结构分为两种类型:对位(1414)芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺,PPTA)纤维和间位(1313)芳纶(聚间苯二甲酰间苯二胺,PMIA)纤维。其中,对位芳纶纤维先由对苯二甲酰氯和对苯二胺在极性非质子溶剂(如N-甲基吡咯烷酮,NMP)中通过缩聚反应制备成聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)树脂后,将PPTA树脂溶解于浓硫酸中,再经纺丝、干燥等工序形成芳纶纤维布[4]。
1971年,美国杜邦公司成功地研制了芳纶纤维,20世纪80年代开始将其用于覆铜板的制造,发现由芳纶纤维制造的覆铜板存在机械钻孔加工困难的问题,致使这种材料无法在覆铜板、多层板中得到广泛应用。近年来,印制电路板孔加工技术,尤其是激光开孔技术的进步解决了上述难题。同时,随着电子封装技术的快速发展,人们对基板材料的介电性能及尺寸稳定性等提出了更高的要求。在此背景下,芳纶纤维增强材料又引起了人们的高度关注。
采用芳纶纤维布制作高密度封装基板具有下述优点。
(1)芳纶纤维基封装基板具有优良的激光开孔性。芳纶纤维具有很高的红外光吸收率(大于80%),将红外光吸收后转化为热能,可有效破坏分子间的范德华力,引起温升、熔化直至燃烧,通过这一原理可在封装基板上有效形成所需要的微细通孔。
(2)芳纶纤维基封装基板具有很低的热膨胀系数(CTE),为(5~7)×10-6/℃,与陶瓷、裸芯片的CTE接近。
(3)芳纶纤维布具有优良的耐热性能,Tg为345℃,热分解温度大于450℃,具有自熄性,极限氧指数(LOI)约为20。
(4)芳纶纤维布具有优异的力学性能,拉伸强度达到3000MPa,拉伸模量达到120GPa,比重为1.44~1.45,只有玻璃纤维的1/2~1/3。
(5)芳纶纤维布具有较低的介电常数,为3.5~3.7(1MHz),仅为E型玻璃纤维的1/2左右。
(6)芳纶纤维布具有优异的耐化学腐蚀性,在普通有机溶剂、盐类溶液中不会溶解。
(7)所制备的封装基板表面平滑性好,有利于精细线路图形在基板表面上成像。
目前,国外公司所生产的刚性多层封装基板都采用芳纶纤维布代替玻璃布作为增强材料。随着BGA、CSP等引脚节距不断向着更窄细化方向发展,高密度多层封装基板必须使介电常数降低至2.0(1MHz)以下,热膨胀系数降低至6×10-6/℃。在此重要应用的驱动下,芳纶纤维布代替玻璃纤维布作为增强材料是未来高密度封装基板的必然趋势。