全球5G市場(chǎng)的增長(zhǎng)和電子產(chǎn)品微型化、多功能化的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）提出輕薄化、高集成化和高功能化的需求，覆銅箔層壓板（Copper Clad Laminate，CCL），簡(jiǎn)稱覆銅板，作為生產(chǎn)印制電路板的一種原材料也面臨著更嚴(yán)格的要求。高頻覆銅板就是如今的高頻高速時(shí)代的必然趨勢(shì)，這是一類應(yīng)用在高頻下具有高速信號(hào)、低損耗傳輸特性的PCB基板材料，又稱低損耗覆銅板。在電路基材中，高頻線路板基材處于覆銅板行業(yè)金字塔的頂端，行業(yè)門檻最高，其次是用于高速信號(hào)傳輸?shù)母咚匐娐坊摹，F(xiàn)今高頻覆銅板和FR-4覆銅板是目前移動(dòng)通信領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的兩類覆銅板產(chǎn)品。

在滿足信號(hào)傳輸高頻化和高速化的發(fā)展要求下，覆銅板需要具備高玻璃化溫度、高模量及低熱膨脹系數(shù)、低的介電常數(shù)及介質(zhì)損耗等來提高電子電路互聯(lián)與安裝的可靠性，單純的優(yōu)化三大基礎(chǔ)材料（樹脂、銅箔、玻璃纖維布）已不能滿足對(duì)性能的要求，因此無機(jī)填料的地位越來越突出，已成為CCL生產(chǎn)制造中的第四大主要原材料。

目前，在CCL中應(yīng)用的無機(jī)填料主要有以下幾種：ATH（氫氧化鋁）、滑石粉、硅微粉、高嶺土、碳酸鈣、 鈦白粉、絕緣性晶須、鉬酸鋅包覆的無機(jī)填料、層狀黏土礦物質(zhì)等，其中，最受關(guān)注的無機(jī)填料是硅微粉。

球形硅微粉

硅微粉填料的特性及分類

作為無機(jī)填料被廣泛應(yīng)用于CCL行業(yè)的硅微粉，從分子結(jié)構(gòu)上可分為熔融型、結(jié)晶形和復(fù)合型三類；從粉體顆粒形貌上，可分為角形和球形兩類。與角形硅微粉相比，球形硅微粉在填充性、熱膨脹性、磨損性等方面均具有較大的優(yōu)勢(shì)。不同類型的硅微粉性能特性如下表所示：

硅微粉的化學(xué)成分

幾類硅微粉的性能特性

硅微粉填料的應(yīng)用方向及發(fā)展趨勢(shì)

1.以板材性能為導(dǎo)向，硅微粉加強(qiáng)性能的研究方向

硅微粉填料作為功能填料對(duì)覆銅板多項(xiàng)性能具有改善作用（如熱膨脹系數(shù)、彎曲強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性等），還能降低生產(chǎn)制造成本，但對(duì)于硅微粉填料的應(yīng)用，需基于板材性能需求做出針對(duì)性的性能優(yōu)化，這里面存在許多實(shí)際的生產(chǎn)問題需要研究解決。

在印制電路板加工方面，主要注重覆銅板的尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、板的表面平滑性、銅箔與基板及基板材料層間的粘接性、板的平整性（翹曲、扭曲）、孔加工性（樹脂鉆污性）、電鍍性、耐化學(xué)藥品性、吸濕性等性能，近年還出現(xiàn)了對(duì)覆銅板(CCL)的UV遮蔽性、CO2激光鉆孔性等性能要求。上述各方面的覆銅板的性能要求，與PCB的加工制造質(zhì)量有著密切的聯(lián)系。

孔裂紋、CAF失效缺陷示意圖

在這些方面許多企業(yè)有針對(duì)性的研究，例如，日立化成公司在硅微粉填料的應(yīng)用上開展了多項(xiàng)研究，包括提高板的鉆孔精度、提高板的尺寸穩(wěn)定性、提高板的耐熱性、剝離強(qiáng)度和改善薄板沖孔加工性；京瓷化學(xué)公司、住友電木公司都研究了硅微粉填料在解決CCL熱膨脹率大的問題上的應(yīng)用。

添加填料的高導(dǎo)熱覆銅板鉆孔電鍍圖示

2.粒徑與分級(jí)填充

填料在應(yīng)用過程中其粒徑是大小不等的，對(duì)填料顆粒有兩個(gè)重要指標(biāo)，一是平均粒徑，二是粒徑分布。研究表明，填料的平均粒徑和粒徑分布的范圍對(duì)填充效果和板材的綜合性能都有著非常重要的影響。

據(jù)報(bào)道，松下電工公司發(fā)現(xiàn)在CCL樹脂中加入平均粒徑0.05 μm~10.0 μm的球形硅微粉，可改善基板在機(jī)械沖擊時(shí)的耐裂紋性，降低板的吸濕性等。松下電工公司提出，采用超過10 μm平均粒徑的硅微粉，所制成的CCL在電氣絕緣性上會(huì)降

低。京瓷化學(xué)公司提出，所用的熔融硅微粉的平均粒徑在0.05 μm~2 μm范圍內(nèi)，其中最大粒徑不超過10 μm，這樣才能保證樹脂組成物的流動(dòng)性良好。日立化成公司提出，熔融硅微粉的平均粒徑在0.5 μm以上可以降低硅微粉在樹脂中的凝聚；此外，還提出從提高耐熱性與銅箔黏接強(qiáng)度考慮，合成硅微粉的平均粒徑在1 μm~5 μm范圍為宜；而從鉆孔加工性提高的角度考慮，選擇平均粒徑在0.4 μm~0.7 μm更為適合。

不同粒徑復(fù)配填充

3.采用球形硅微粉

球形二氧化硅的制備方法有：高頻等離子體法、直流等離子體法、碳極電弧法、氣體燃燒火焰法、高溫熔融噴霧造粒法以及化學(xué)合成法等，其中最具有工業(yè)化應(yīng)用前景的制備方法是氣體燃燒火焰法。

二氧化硅的形狀直接影響其填充量的多少，與角形二氧化硅相比，球形二氧化硅具有更高的堆積密度和均勻的應(yīng)力分布，因此可以增加體系的流動(dòng)性，降低體系的黏度，而且還具有較大的表面積。

4.以硅微粉為主的填料的高填充量技術(shù)

填料用量過低會(huì)導(dǎo)致性能不能滿足要求，但隨著填充量的增多，體系黏度會(huì)急劇增加，材料的流動(dòng)性、滲透性變差，球形硅微粉在樹脂中分散困難，易出現(xiàn)團(tuán)聚。

目前，填料使用的種類越來越多、形態(tài)各種各樣、粒徑越來越小，還有就是配方中的添加比例越來越高，有些配方高達(dá)70%。而單從配方填料比例增加而言，其生產(chǎn)過程的難度已經(jīng)遠(yuǎn)高于低比例的體系，暴露出的問題也不同于低比例體系，按照目前低比例體系的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)已經(jīng)無法滿足要求，需要調(diào)整。

現(xiàn)行業(yè)中，高填充體系的填料分散技術(shù)手段有以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)填料表面進(jìn)行預(yù)處理。之前日立化成就有相關(guān)專利，通過采用一種硅低聚物對(duì)填料表面進(jìn)行預(yù)處理，可以使得填料易于分散，進(jìn)而大幅度提高配方中填料的比例；

（2）選擇球型填料。由于球型表面能較小，因此不易團(tuán)聚；

（3）減緩?fù)读纤俣取?/span>一旦投料過快就會(huì)發(fā)生堆積，將更難混合到膠水中，所以需要緩慢加入填料而改善這類問題，常用的方式為少量多批次，如分時(shí)段投入填料、投料后期避免整袋投料等；

（4）改變投料進(jìn)口。目前行業(yè)里，投填料時(shí)一般都是從膠液上方依靠重力自然掉落到膠液表面，由此導(dǎo)致漂浮和堆積問題，且在膠液上方釜壁也會(huì)殘留很多，造成分散困難。因此可將填料投入到膠液里面而不是膠液表面，實(shí)現(xiàn)填料和膠水的快速浸潤(rùn)；

（5）使用分散強(qiáng)度更高的設(shè)備。對(duì)于純液體混合，一般采用槳式攪拌設(shè)備即可。但對(duì)于團(tuán)聚的填料，則需要能量更大的設(shè)備才能將其再次打散。目前行業(yè)用得比較多的是高速分散盤和管線式乳化器，也有使用砂磨機(jī)、球磨機(jī)、高壓均質(zhì)機(jī)這類高效率設(shè)備對(duì)高填充體系進(jìn)行處理，但這類設(shè)備由于能量過大，可能會(huì)造成粒徑的改變；

（6）使用低黏度樹脂。目前覆銅板行業(yè)中常使用的是環(huán)氧樹脂，但其存在黏度高、流動(dòng)性差等問題，不利于填料的分散。因此配方設(shè)計(jì)時(shí)可考慮使用PPO（聚苯醚）、碳?xì)溥@類低黏度樹脂。

5.表面處理技術(shù)

填料表面處理技術(shù)，就是在填料表面包覆一層不同性質(zhì)的有機(jī)物。通過表面處理改性，可以減小球形硅微粉之間的相互作用，有效防止團(tuán)聚，降低整個(gè)體系的黏度，改善體系的流動(dòng)性，還可以增強(qiáng)球形硅微粉與PTFE（聚四氟乙烯）樹脂基體的相容性，使顆粒在膠水中均勻分散。

總結(jié)

未來，球形硅微粉的制備技術(shù)，高填充技術(shù)以及表面處理技術(shù)仍然會(huì)是硅微粉填料的重要發(fā)展方向。研究球形硅微粉的制備技術(shù)用以降低生產(chǎn)成本，使其被更加廣泛地應(yīng)用；當(dāng)填充量不足以滿足越來越高的性能需求時(shí)，對(duì)高填充技術(shù)的研究勢(shì)在必行；表面處理技術(shù)在整個(gè)CCL用無機(jī)填料領(lǐng)域都至關(guān)重要，現(xiàn)階段研究和應(yīng)用的各種偶聯(lián)劑，均能在一定程度上提高性能，但仍有很大的空間。

此外，CCL用無機(jī)填料也會(huì)由單一填料的應(yīng)用走向混合填料的研究和應(yīng)用，以期望能同時(shí)提升CCL的多項(xiàng)性能。

參考來源：

1.硅微粉填料在覆銅板中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)，鄭鑫（印制電路信息）；

2.高填充體系覆銅板生產(chǎn)特點(diǎn)，劉錦瓊、張華、劉文龍、鐘健偉（印制電路信息）；

3.5G通訊對(duì)PCB及高速覆銅板技術(shù)要求，魏新啟、王玉、王峰、賈忠中（第二十二屆中國(guó)覆銅板技術(shù)研討會(huì)論文集）；

4.無機(jī)填料對(duì)覆銅板性能的影響，劉玲、張友梅、顧葦（第二十二屆中國(guó)覆銅板技術(shù)研討會(huì)論文集）。

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