电路板基材的业界趋势及重要性

一、FR-4板材之持续革新

简言之，电路板基材主要包括铜箔、树脂、以及补强材等三大原料。然而，若再深入研究现行基材及检视其多年来的变革时，却会发现基材内容的复杂程度著实令人难以想像。由于电路板厂家对于无铅时代基材品质的要求日益严苛，致使树脂与基板之性能与规格，无疑地将更趋复杂。基材供应商所遭遇的挑战，是必须在客户各种需求间找出最佳的平衡点，以期获得最经济的生产效益，并将其产品数据提供给整体供应链作为参考。

综观FR-4板材的发展历史，多年来某些业者们一直认为，FR-4板材已如明日黄花行之将尽，因此转而研究其他高性能替代品。每次当规格要求又有所增加时， 板材供应商就必须戮力以赴，期能符合客户需求。近年来，市场最明显的发展趋势即为高Tg板材需求量的大增。实际上，许多业者关于Tg议题的瞭解，似乎都说明了高Tg即具备了高效能，或较佳的可靠度。本文主要目的之一，系在说明下世代FR-4 板材所需具备的特质，已非Tg所能全然表达，于是乃再提出更多耐强热所应具备的全新规格，以因应无铅焊接的挑战。

二、主导基板规格的业界趋势

正在进行中的多项产业趋势，将促使重新配方板材的应市与採用，这些走向包括了多层板设计潮流、环保法规、以及电性需求等，现分述于下：

2.1.多广板的设计走向

目前PCB的设计趋势之一就是提高佈线密度，欲达此种目标的方法有三种： 首先是缩减其线宽线距，使单位面积内可容纳更多更密集的佈线；其次是增加电路板层数；最后则是减小孔径及銲垫之尺寸。

然而，当单位面积内的线路愈佈愈多时，其工作温度势必会上升。再者，不断增加电路板层数之际，也势必使得完工板同步变厚。否则就只能搭配较薄的介质层进行压合，以维持原先的厚度。PCB愈厚者，其通孔壁因积热所造成的热应力将越形增加，进而使得Z方向热胀效应变大。选用较薄的介质层时，则意味著必须使用胶含量较多的基板与胶片；但胶含量较多者，又会造成通孔Z方向热胀量与应力的再增。此外，减小通孔之孔径，不免又使得纵横比变大；因此为确保镀通孔的可靠度，所用之基材就必须具备较低的热膨胀以及较佳的热稳定性，才不致功亏一篑。

除上述因素外，当电路板组装元件密度增加时，则其导通孔佈局亦将排列的更为紧密。但此举却会使得玻璃束漏电之情势更趋紧张，甚至在孔壁间的基材玻纤中发生桥接现象，进而导致短路。此种阳极性丝状漏电现象(CAF)正是目前无铅时代对板材关注的主题之一，当然新一代的基材必须具有更佳的抗CAF能力，才不致于无铅焊接中状况频出。

2.2、环保法规

环保规章对于基材方面，在政治介入下又增加许多额外要求，例如欧盟之RoHS与WEEE等多项指令，都将会影响板材规格之制订。在众多法规中，RoHS限制焊接时的铅含量。锡铅焊料已在组装厂行之多年，其合金之熔点为183℃，而熔焊製程温度一般约为220℃。无铅主流銲料之锡银铜合金（如SAC305其熔点约为217℃ ，通常熔焊时的峰温将高达245℃。焊接温度上升，代表著基材必须具备更好的热稳定性，才能忍受多次熔焊所带来的热衝击。

RoHS指令也禁用某些含卤素的耐燃剂，包括聚臭联苯PBB及PBDE等。然而，PCB基材中最常用耐燃剂之四臭丙二酚TBBA，其实并不在RoHS的黑名单上。儘管如此，由于含TBBA的板材在升温时会产生不适当的灰化反应，致使某些整机品牌商仍考虑改採无卤材料。

2.3、电性要求

高速、宽频、与无线射频之应用，迫使板材还需具备更好的电性表现，亦即介质常数Dk与散失因素Df，不但必须抑低而且更须全板面中表现稳定，并还应妥备可控制性。符合此等电性需求者，同时还不得不在热稳定性出现逊色，唯其如此，其市场需求量与佔有率方得以日益增加。

三、基材之重要特性

为了顾及无铅市场需求的耐热稳定性，其必须注意的物性有：玻璃态转化温度(Tg)、热胀系数CTEs、以及因应高温无铅焊接而全新需求的耐裂解温度Td等，现分述于下：

3.1、以TMA法量测玻璃态转化温度（Tg)

玻璃态转化温度，是最常用以评断树脂基材特性的重要指标。所谓树脂的Tg ，是指该聚合物在升温到某种温度区间时，该树脂会由原先常温较坚硬的「玻璃态」（为非固定式组成固态物质之泛称〉，转变成为高温中具有塑性且较为柔软的「橡胶态」。各种板材在Tg前后之多种特性将会截然不同。

所有物质都会因温度改变而产生涨缩变化，Tg前基材的热膨胀速率通常较低较缓和。热机分析法（TMA）可记录基材尺寸对应于温度的变化，利用外推法可将两条曲线所延伸虚线的交点，其所指示的温度，即为此基材之Tg 。此种Tg前后曲线斜率之巨大差异， 说明