全球5G市場的增長和電子產(chǎn)品微型化、多功能化的發(fā)展趨勢對印制電路板（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格的要求。高頻覆銅板就是如今的高頻高速時代的必然趨勢，這是一類應用在高頻下具有高速信號、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覆銅板是目前移動通信領域應用較廣泛的兩類覆銅板產(chǎn)品。

在滿足信號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)化三大基礎材料（樹脂、銅箔、玻璃纖維布）已不能滿足對性能的要求，因此無機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中應用的無機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、鉬酸鋅包覆的無機填料、層狀黏土礦物質(zhì)等，其中，最受關注的無機填料是硅微粉。

球形硅微粉

硅微粉填料的特性及分類

作為無機填料被廣泛應用于CCL行業(yè)的硅微粉，從分子結構上可分為熔融型、結晶形和復合型三類；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。不同類型的硅微粉性能特性如下表所示：

硅微粉的化學成分

幾類硅微粉的性能特性

硅微粉填料的應用方向及發(fā)展趨勢

1.以板材性能為導向，硅微粉加強性能的研究方向

硅微粉填料作為功能填料對覆銅板多項性能具有改善作用（如熱膨脹系數(shù)、彎曲強度、尺寸穩(wěn)定性等），還能降低生產(chǎn)制造成本，但對于硅微粉填料的應用，需基于板材性能需求做出針對性的性能優(yōu)化，這里面存在許多實際的生產(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、耐化學藥品性、吸濕性等性能，近年還出現(xiàn)了對覆銅板(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)有針對性的研究，例如，日立化成公司在硅微粉填料的應用上開展了多項研究，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、剝離強度和改善薄板沖孔加工性；京瓷化學公司、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用。

添加填料的高導熱覆銅板鉆孔電鍍圖示

2.粒徑與分級填充

填料在應用過程中其粒徑是大小不等的，對填料顆粒有兩個重要指標，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，可改善基板在機械沖擊時的耐裂紋性，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在電氣絕緣性上會降

低。京瓷化學公司提出，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合成法等，其中最具有工業(yè)化應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力分布，因此可以增加體系的流動性，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

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

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手段有以下幾個方面：

（1）對填料表面進行預處理。之前日立化成就有相關專利，通過采用一種硅低聚物對填料表面進行預處理，可以使得填料易于分散，進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，因此不易團聚；

（3）減緩投料速度。一旦投料過快就會發(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，如分時段投入填料、投料后期避免整袋投料等；

（4）改變投料進口。目前行業(yè)里，投填料時一般都是從膠液上方依靠重力自然掉落到膠液表面，由此導致漂浮和堆積問題，且在膠液上方釜壁也會殘留很多，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，實現(xiàn)填料和膠水的快速浸潤；

（5）使用分散強度更高的設備。對于純液體混合，一般采用槳式攪拌設備即可。但對于團聚的填料，則需要能量更大的設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、球磨機、高壓均質(zhì)機這類高效率設備對高填充體系進行處理，但這類設備由于能量過大，可能會造成粒徑的改變；

（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、流動性差等問題，不利于填料的分散。因此配方設計時可考慮使用PPO（聚苯醚）、碳氫這類低黏度樹脂。

5.表面處理技術

填料表面處理技術，就是在填料表面包覆一層不同性質(zhì)的有機物。通過表面處理改性，可以減小球形硅微粉之間的相互作用，有效防止團聚，降低整個體系的黏度，改善體系的流動性，還可以增強球形硅微粉與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

未來，球形硅微粉的制備技術，高填充技術以及表面處理技術仍然會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用以降低生產(chǎn)成本，使其被更加廣泛地應用；當填充量不足以滿足越來越高的性能需求時，對高填充技術的研究勢在必行；表面處理技術在整個CCL用無機填料領域都至關重要，現(xiàn)階段研究和應用的各種偶聯(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用無機填料也會由單一填料的應用走向混合填料的研究和應用，以期望能同時提升CCL的多項性能。

參考來源：

1.硅微粉填料在覆銅板中的應用及發(fā)展趨勢，鄭鑫（印制電路信息）；

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

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

4.無機填料對覆銅板性能的影響，劉玲、張友梅、顧葦（第二十二屆中國覆銅板技術研討會論文集）。

粉體圈小吉

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