高性能覆铜板发展趋势及对环氧树脂性能的新需求
全国覆铜板行业协会《覆铜板资讯》主编
祝大同
讨论、研究高性能覆铜板对它所用的环氧树脂的性能要求，应是立足整个产业链的角度去观察、分析。特别应从HDI多层板发展对高性能CCL有哪些主要性能需求上着手研究。HDI多层板有哪些发展特点，它的发展趋势如何——这都是我们所要研究的高性能CCL发展趋势和重点的基本依据。而HDI多层板的技术发展，又是由它的应用市场——终端电子产品的发展所驱动（见图1）。
需求 需求 需求
图1 在HDI多层板产业链中各类产品对下游产品的性能需求关系图
1．HDI多层板发展特点对高性能覆铜板技术进步的影响
1.1 HDI多层板的问世，对传统PCB技术及其基板材料技术是一个严峻挑战
20世纪90年代初，出现新一代高密度互连（High Density Interconnection，简称为 HDI）印制电路板——积层法多层板（Build—Up Multiplayer printed board，简称为 BUM）的最早开发成果。它的问世是全世界几十年的印制电路板技术发展历程中的重大事件。积层法多层板即HDI多层板，至今仍是发展HDI的PCB的最好、最普遍的产品形式。在HDI多层板之上，将最新PCB尖端技术体现得淋漓尽致。
HDI多层板产品结构具有三大突出的特征：“微孔、细线、薄层化”。其中“微孔”是它的结构特点中核心与灵魂。因此，现又将这类HDI多层板称作为“微孔板”。
HDI多层板已经历了十几年的发展历程，但它在技术上仍充满着朝气蓬勃的活力，在市场上仍有着前程广阔的空间。
HDI多层板的出现，是对传统的PCB技术及其基板材料技术的一个严峻挑战。同时也改变着CCL产品研发的思维。它引领着当今CCL技术发展的趋向，作为当今CCL技术创新的主要“源动力”，推动着CCL技术的快速发展。
1.2 HDI多层板的定义及目前所能实现的最尖端指标
对HDI多层板的“入门” 了解，当然是应首先知道它是由哪些技术指标所描述、表征的。而这一方面，世界PCB业界内并无定论（即没有统一的规定）。引用国内有关专家的在此方面的论述（见《印制电路工艺技术》一书，第9章，李学明编写），他是这样定义HDI多层板的（即它基本需满足以下四个技术条件）：
（1）导通孔的孔径：≤100μm；连接盘径（孔环径）：≤250μm；
（2）导通孔的孔密度：≥ 60个孔/ 平方英寸（93万个孔/ m2）；
（3）导线宽/ 间距（L/S）：≤100μm/100μm；
（4）布线密度：≥ 117英寸/ 平方英寸（46cm/ cm2）。
2006年，HDI多层板在工业化大生产所能实现的尖端指标是：导线宽/ 间距（L/S）达到40μm/40μm；导通孔的孔径 / 连接盘直径实现75μm/200μm；在现已大生产的HDI多层板中，已经出现每平方米面积内可存在微细导通孔数量大于150万个（导通孔的孔密度≥ 150万孔/ m2）的产品。
1.3 HDI多层板的技术发展特点
在对HDI多层板的定义及技术指标目前所能达到的现状有所了解后，我们应进一步研究它在技术发展上，与一般传统PCB有何不同之处。搞清这点，也为我们下一步研究它在技术发展中对其基板材料性能有哪些需求，找到了分析、判断的依据与切入点。
HDI多层板的技术发展，有着创新性、工艺法多样化、实用性强、与材料技术进步关系密切等特点。
（1）创新性
HDI多层板技术有着创新性的特点。一个产业领域的技术飞跃，只有在该领域的技术开发思想非常活跃的情况下才得以出现。而信息电子产品的薄、轻、小型化、高功能化、高速化的快速发展，“激活”了新一代PCB——HDI多层板（BUM）创新思想。它打破了原传统多层板在开发思维、产品形式、工艺方法、设备及材料运用等各种束缚，创造了崭新的设计思想、产品组成结构。
（2）多样化
HDI多层板工艺法具有多样化的特点。它一方面继承、发展了原有PCB的一些技术，另一方面又借鉴了其他领域的先进技术，特别是借鉴了半导体集成电路许多技术。HDI多层板工艺法至今仍有十几种工艺法在并存。尽管有的“老”HDI多层板工艺法在目前已不是主流工艺路线，但也不会在今后几年内就会消失，在未来一定时期仍能保留它的市场空间。由于HDI多层板的应用领域面广，任何的一、两种工艺法生产的HDI多层板都不可能覆盖所有的市场，甚至都不可能覆盖某个应用领域的市场。应用领域面广的客观事实，造就了各工艺法对一一应于各种应用领域、各自已形成产业链的下游厂家产品，各自发展所对应的整机产品的市场。另一方面，HDI多层板的新工艺法，至今仍在不断推陈出新，推动着HDI多层板及其基板材料的不断进步。
因此，HDI多层板工艺法多样化特点，所带来的“整机产品——印制电路板——基板材料”生产链的关系，是以一种（或几种）工艺法为“连线”，把三者捆绑在一起，成为相对稳定的供应、合作链。又不断有其它PCB厂家创造出新的HDI多层板工艺法，去力图打破这一平衡，建立新的供应、合作链。
（3）强的实用性
HDI多层板技术有着很强的实用性。这种新型PCB技术之所以能够很快地“立住脚、普及快”，其中一个重要原因就是它具有很好的生产性。在“特性要求—生产性— 成本性” 方面，三者达到了很好的统一。
（4）对材料依赖性强
HDI多层板与基板材料在技术上的发展，总是相辅相成、共同并进的。无论是各种HDI多层板工艺法的问世，还是它的品质、水平的提升，无不与它所用的基板材料在技术上的支持密切相关。甚至有时，它的基板材料技术进步起到了十分关键的推动重要作用。
1.4 HDI多层板技术发展特点对高性能覆铜板技术发展的影响
HDI多层板技术发展的特点，对它所用的高性能覆铜板技术发展，带来很大的影响。自HDI多层板问世以来，高性能覆铜板基本上是围绕着HDI多层板技术发展特点的更大发挥而在进步、在发展。它对高性能覆铜板技术发展的影响，主要表现在以下几方面：
（1）基板材料产品形式的多样化
十几年前，最早问世的HDI多层板就是以打破了多层板用基板材料传统产品形式为鲜明特点的。从此，HDI多层板用基板材料，就不再是传统的“树脂+玻纤布”产品形式的“一统天下”。产品形式的多种多样，赋予了基板材料技术创造的更大空间。像液态树脂充当绝缘层技术、绝缘薄膜形成技术、其它增强纤维（非玻璃纤维）复合技术、填充料应用技术、涂树脂铜箔技术、半固化片上附铜凸块技术、覆铜板薄型化技术等等都不断的涌现而出，并得到不断的发展。
从基板材料生产、研发者角度出发，更关注的是：基板材料今后有哪些产品形式更适应HDI多层板技术发展？
讨论此问题，应该首先抓住HDI多层板技术发展中的最核心东西——微孔加工技术发展规律。
微孔加工技术在众多项PCB技术所构成的HDI多层板技术中，是发展演变最活跃、最能带动整体技术向前推进的一项技术。各种工艺法的HDI多层板开发在选择所用各种基板材料时，都大有“顺微孔者昌，逆微孔者亡”劲头。例如，HDI多层板创立初期，传统的环氧-玻纤布基的基板材料，是典型的“逆微孔者”（不适宜CO2激光微孔加工性）而被多年拒之HDI多层板用基板材料的“门外”。只是它以后改造成“顺”其HDI多层板的微孔加工时，它才在HDI多层板用基板材料“圈中”得到应用和发展。也正因为有“顺微孔者昌，逆微孔者亡”的“门槛”，覆铜板及其原材料（包括铜箔、玻纤布、本体树脂）在“力图解脱拒之门外的困境”之中，而获得了相当多的技术进步。
未来多年内，在HDI多层板电路形成工艺中若采用减成法始终占为主流的情况下，薄型环氧—玻纤布基覆铜板及其半固化片，将是HDI多层板用基板材料的主要产品形式。近几年它在HDI多层板中得到越来越广泛的应用，在2000年时，它只占整个HDI多层板用基板材料市场总量的4%，而到2005年已迅速发展到占40.4%(见图2)。
图2 各种工艺法基板材料在整个HDI多层板市场所占比例的变化
薄型环氧—玻纤布基覆铜板及其半固化片之所以将被预测为它会成为HDI多层板用基板材料发展的主流,是由于它具有制造成本低、生产工艺性好、性能均衡性好、对它改性的自由度大等优点。
（2）一类CCL产品的多品种化
HDI多层板的应用领域广泛，使不同的整机电子产品应用领域对所用的基板材料性能要求，有着不同的侧重面。这就造成在一类CCL产品中，根据对应的应用领域的不同，而衍生出在性能上略有突出重点差异的多个品种。世界一些著名大型CCL生产厂家，在一类高性能覆铜板中形成一个产品系列。在这个系列中有许多的品种，每个品种突出一、两个性能项目的指标值，以此来一一对应于所需的各种HDI多层板。例如，三菱瓦斯化学公司自90年代中期到2005年间应该一共推向市场三代7种封装基板用BT树脂-玻纤布基CCL品种。
（3）CCL产品的厂家特色化
HDI多层板用基板材料具有高技术含量、应用加工性突出的特点。这就更加适合于基板材料生产厂家发展本企业的特色化产品。打特色化产品的“王牌”，去争夺、坚守高性能CCL市场，已在近年成为一种潮流。高性能CCL产品的厂家特色化的发展，给世界高性能CCL的技术与市场带来以下几方面的变化：世界高性能CCL市场的“势力范围”划分得更加清晰明确。一些特色性CCL由于在技术上，长期被一、两个厂家所垄断。他们突出重点的、不断对其深入研究，不断的推进其技术水平，这样就形成了牢固的上、下游产业合作“联盟”，这些都使“后来”的竞争对手，若要抗衡它、替代它的市场变得更加困难。
日本多家大型CCL生产厂家在近一、两年间对本公司未来几年的CCL产品研发重点、突出生产发展的主导品种、新市场开拓的“主战场”，都作了新的战略意义的调整和规划。研究各厂家在此方面的新动向我们可以发现：各厂家都是依自身公司在技术、品种、市场等方面原保持的优势，实施发展本公司未来几年高性能CCL品牌产品的战略。在日本各厂家所发展高性能CCL新品种及新市场上，既有共性之点，又有相互差异。其共同的特点在于：突出重点、发挥强项、发展自己特色性的CCL品种、提升高档CCL品牌产品的生产比率。他们在发展自己特色性高性能CCL又往前迈了一大步。
（4）追求CCL性能的均衡化
纵观HDI多层板的发展历史，总是把那些在CCL性能均衡化方面表现不佳者淘汰出局（或者逐渐淡出市场）。这种“大浪淘沙”的态势，在HDI多层板配套的基板材料上也是同样表现突出。追求CCL性能的均衡性是CCL开发中的“永恒主题”。只不过在不同的发展时期有不同的内容和要求。事物的发展，总是在打破原有的平衡，去创造一个新平衡的过程。每次创造了一个比较完美的新平衡，实际上就是技术上的一个进步。这一道理同样在CCL开发中适用。
CCL产品的特性均衡性，体现在产品标准所规定的主要基本性能、加工应用性能与成本性能三者所必须达到的完美均衡。它们是主要实现均衡性的三个不缺少的“支撑点”。达到优异的加工应用性能，是产品工艺性开发技术的更深层次的表现。一个新开发的CCL产品如果没有优异的成本性，也不可能在市场竞争中立足与发展。图3.给出了世界HDI多层板（微孔板）等在1999年—2004年间在市场价格上的变化。HDI多层板在近年的市场销售价格在1997年为2000美元/ m2。到2002年，度过了它的应用普及的初级期，它的市场价格已是1999年的一半。而到2004年，又大幅下降到接近500美元/ m2。这也给我们基板材料行业这样的启发：搞低成本性的HDI多层板用基板材料，是当前非常重要的任务。它对于开发新产品、开发新市场起到很决定的作用。
图3. 世界几种PCB在1999年—2004年在市场销售价格上的变化统计
（资料来源：Prismark公司2005年5月统计公布）
把握CCL市场不同层次的需求，准确控制CCL应达到哪些重点项目及指标，应提高哪些项目指标；认识对其主要性能要求所包含的范围（“性能深度”）；更深了解在应用加工上上与对这些标准所要求的主要性能之间的关系——解决上述问题，对于CCL新产品开发中达到三大“支撑点”的性能平衡，会起到很重要的影响。
（5）CCL新产品问世的快速化
近年，整机电子产品在更新换代、开辟新功能、新市场等方面的步伐都在加快。HDI多层板在适应这一新趋势上，也需要为它提供基板材料的CCL厂家加快新产品的研发速度。也使得近年世界高性能CCL产品投入市场的速度在明显加快。而开展特色化产品、发展系列化产品，是有利于CCL新产品开发速度的提升。
1.5 环氧树脂业在适应高性能覆铜板技术发展上应该注意的问题
HDI多层板的高速发展，驱动着高性能覆铜板向着产品形式多样化、多品种化、厂家产品的特色化、性能均衡化、产品开发快速化的方向进展。环氧树脂业在高性能覆铜板这些多方面发展上，应做出哪些应对的策略？
（1）发展系列化环氧树脂产品。以适应CCL的多样化、多品种化。
（2）改换角色，从“配合”（配合CCL业开发新品）转变为“整合”（参与CCL业开发新品）。
（3）不但研究本体树脂，还应研究适应CCL的树脂组成体系。包括固化剂、固化促进剂、稀释剂、其它配合剂等。并还应对环氧树脂的改性技术、与其它高性能聚合物树脂的相溶性及反应性、与其它材料（增强材料、填充材料等）界面接合技术等开展更加深入的研究。
（4）CCL生产厂家发展特色化的品牌产品，其根基是开发、掌握了制造CCL产品树脂组成物的独有技术。作为环氧树脂生产厂家在协助下游的CCL生产厂推动这种树脂组成物的开发工作中，应开发出与某些CCL生产厂所开发的CCL产品，一一对应的特殊性能要求的环氧树脂。随着CCL多品种化、特色化的发展，今后这种“一一对应”的环氧树脂品种需求形式，将越来越会增多。它将树脂供应厂与CCL厂合作链发展得更加紧密。
2．从HDI多层板具体应用实例看对高性能覆铜板技术发展的重点
本节，从剖析一类终端电子产品在HDI多层板上的应用实例，来探讨HDI多层板发展对它所用基板材料的性能需求的重点。同时，就CCL为达到这些重点需求的性能，对CCL所用环氧树脂应会有哪些重点性能要求的问题，进行初浅的探讨。
2.1 移动电话用HDI多层板集中体现了PCB最尖端、最先进制造技术
据Prismark公司调查、统计：在整个HDI多层板生产量（按照所生产HDI印制电路板的面积计）中，占最大比例的终端电子产品应用领域是移动电话。2005年间，它占所用HDI多层板总量的54.2%（见表1）。移动电话不仅是目前HDI多层板的最大应用市场，而且是对PCB的小型化、高密度布线化、薄型化要求最严密的终端电子产品之一。在它所用的HDI多层板上，集中体现了PCB最尖端、最先进制造技术。
表1 不同类型的电子产品对HDI多层板所需量的统计 单位：m2 /月
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2005年 |
2006年 |
年复合增长率 （2005年—2010年） |
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生产面积 |
所占比例 |
生产面积 |
所占比例 |
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移动电话 |
700,000 |
54.2% |
1,105,000 |
45.2% |
9.6% |
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数码摄像机 |
150,000 |
11.6% |
225,000 |
9.3 % |
8.4% |
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数字通信产品 |
150,000 |
11.6% |
337,500 |
13.9% |
17.5% |
|
汽车电子产品 |
22,000 |
1.7 % |
34,940 |
1.4 % |
9.7% |
|
封装基板 |
220,000 |
17.0% |
584,000 |
24.1 % |
21.5% |
|
其它 |
50,000 |
3.9% |
140,000 |
5.8 % |
22.9% |
|
总计 |
1,292,000 |
100% |
2,426,440 |
100% |
13.4% |
2.2 移动电话用PCB在制造技术上的新发展
在移动电话中，实现印制电路板面积缩小的重要途径之一是使CSP的更小型化。在当前它所用的芯片方面，设计出了更小的面积，随之带来的是在封装上的端子间距的更加窄小。在2006年世界移动电话业中出现了一个明显的技术进步，那就是，担当信息处理和控制基本频带功能的LSI等，它的端点为0.4mm间距的芯片封装（CSP封装），已经开始在移动电话中得到普遍的应用。历史上，世界PCB技术的迈进，很多背景都是受半导体技术的进步而得到驱动的。移动电话中CSP封装技术上的进步，也使得世界PCB生产厂家在CSP封装基板制造中，将它的导线宽度、导线间距的设计、制作得更加微细化。搭载它的主板（母板）也向着高密度、薄型化方面迈进了一大步（见图4）。
图4 安装 0. 4mm端子间距的CSP的手机主板已逐渐成为主流
以日本为例，他们许多多层板生产厂家，对应0. 4mm端子间距的CSP的手机主板已经投入大生产（见表2、表3）。这类手机用主板，在高密度化发展上表现出如下的变化特点：
（1）绝大多数的手机用主板（甚至它所用的CSP封装基板），所用基板材料的主流，是环氧-玻纤布基半固化片的产品形式。
（2）主板的导线宽度和导线间距（L/S）从原来普遍所采用的70μm—75μm/70μm—75μm，缩小到50μm—75μm/50μm—75μm。并且现今已逐渐开始成为手机主板设计方案的主流。手机主板上的连接盘直径也由原来普遍所采用的275μm—300μm，现在缩小到200μm—250μm。连接盘之间的布线，多采取了穿过一条导线的布线方式。
（3）导通孔直径趋于更微小化。图5和图6对比说明了在导通孔结构上的这一变化：原普遍采用的是“保形型” 叠加导通孔结构，即在通孔的壁面和底部用Cu电镀层加以覆盖，并以此实现上、下电路层的导通（见图5）。为了保证通孔的可靠性，在适应0.4mm间距CSP的主板上，有填充材料存在的叠加导通孔结构得到了普及。填充型导通孔，是以通孔内利用Cu电镀或导电膏进行填充（见图6）为其构成特点。
图5 原普遍采用的“保形型” 叠加导通孔结构
图6 有填充材料存在的叠加导通孔结构
（4）移动电话的主板厚度，更加走向薄型化。板厚为0.5mm，8层，导电层为50μm的多层板，已经开始实现规模化的生产。