全球电子玻璃纤维布的发展分析
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1 前言
为了满足印制电路板工业的日新月异的技术进步及市场瞬息万变的新需求，近几年来，全球玻璃纤维生产厂商，从玻璃成分到原丝质量，从织物结构到后处理组分，进行了大量的试验研究，使覆铜板用玻璃纤维布系列产品的物化性能、内在质量及品种规格都迈上了一个新台阶。笔者根据最新的文献对全球电子玻璃纤维布的发展进行以下综述。
2 2011年全球线路板和覆铜板市场概述
动荡的2011年终于过去了，年初大家都是信心十足，但经济的反复以及天灾人祸不断，经历了欧债危机到非洲政治风暴、日本地震到泰国水灾，我们在忐忑中迎来了充满挑战的2012年。2012年3月，全球著名印制线路板(PCB)市场分析机构prismark公司的姜旭高博士在上海发表了《全球电子和PCB产业增长预测》演讲，统计结果表明，2011年PCB总产值554.09亿美元，相对于2010年的PCB总产值524.68亿美元，年增长5.6％，增长平缓。2011年各国家/地区线路板的详细产值见表1。
与之相适应，2011年全球刚性覆铜板市场，由2010年的97.11亿美元，增长到2011年的99.97亿美元，年增长率为2.9%，与给力的2010年市场形势相比，判若冰火。2011年全球刚性覆铜板市场增长见表2。
3 电子玻璃纤维布发展分析
3.1南亚塑胶和PFG联合开发HP-玻璃
为了降低覆铜板用玻璃纤维布的介电常数，国外科研机构及生产厂家合作，在调整及改变玻璃成分上下了功夫，并取得了新的进展。南亚塑胶和PFG联合开发了HP-玻璃，表3为HP-玻璃组成成分，表4为玻璃纱的性能比较，表5为低Dk布与正常布的玻璃纤维性能比较，表6为加工成的覆铜板的性能比较，低DK玻璃布的浸透能力(impregnation ability)比较见图1。
3.2 AGY的L-玻璃
为应对高速数字电子器件的迅速发展，美国AGY公司推出一种用于印制电路板的低损耗玻璃纤维纱L-玻璃。这种玻璃纤维的介电常数和损耗因数都很低，故极适用于要求比E玻璃/环氧材料更高信号速度和信号完整性的电路板。
据介绍，具有低介电常数和低损耗因数的基体材料已成为高速数字体系如移动通信基地站、高端路由器和服务器、高速存储网络的核心条件。随着这些体系的高速化，必须使用低损耗的基体材料来保证信号速度和信号完整性。
在10GHz频率下，L-玻璃纤维的介电常数为4.86，损耗因数为0.0050，而E-玻璃纤维的介电常数为6.81，损耗因数为0.0060，因此L-玻璃纤维的低损耗性能使其成为高信号速度作业的理想材料。此外，L-玻璃纤维的热膨胀系数为3.9ppm/℃，而E-玻璃纤维的热膨胀系数为5.4ppm/℃，这使得L-玻璃纤维成为IC封装基板的佳选，因为在此用途中热膨胀与硅的不匹配会因热环境而加剧，致使电路板产生缺陷。
AGY的L-玻璃纤维纱将以多种号数规格供应，它们可按106、1080、2113/2313和2116织物牌号织造低损耗的玻璃布。另外，根据市场需要，还可生产更多号数规格的纱线。表7为L-玻璃与E-玻璃的性能比较
3.3 日东纺的玻璃纤维发展
日东纺开发具有低CTE应用于IC封装基板的T-玻璃，应用于高速/高频领域的NE-玻璃，为保证诸如汽车的高质量和可靠性而采用的SS处理和NHR处理，见图2。下面分别介绍。
3.3.1低热膨胀系数的T-玻璃
常用的玻璃纤维增强的环氧基覆铜板(FR-4)的热膨胀系数(CTE)在Z轴方向(垂直于板平面)与X-Y方向不同。其在Z方向会温度升高而发生膨胀。当温度低于玻璃化温度Tg 时材料即处于玻璃态，此时，热膨胀系数为a1，而在高于玻璃化温度以上时则处于胶粘态，热膨胀系数为a2，且远远大于a1。在热应力的作用下，由于芯片和基板的热膨胀系数的不匹配，将导致基板翘曲，焊点脱离，降低连接的可靠性。热膨胀系数的不匹配对连接可靠性的影响见图3。使用低热膨胀系数的T-玻璃也是降低基板低热膨胀系数的一种方法。T-玻璃与E-玻璃的组成比较见表8，T-玻璃与E-玻璃的性能比较见表9，T-玻璃系列产品见图4。
3.3.2 低介电常数的NE-玻璃
由图5可知，要提高线路板的传输速度和降低传输损失，就必须降低线路板的介电常数(Dk)和介质损耗角正切(Df)，而使用低介电常数和介质损耗角正切的NE-玻璃布是实现上述设计思路的有效途径。NE-玻璃E-玻璃的组成比较见表10，NE-玻璃E-玻璃的性能比较见表11，NE-玻璃系列产品见图6。
随着信息技术的革命，数字电路逐渐步入信息处理高速化、信号传输高频化阶段，为处理不断增加的数据，电子设备的频率变得越来越高，这时基板的电性能将严重影响数字电路的特性，因此对PCB基板的性能提出了更新的要求。所应用的PCB上的信号必须采用高频，减少在PCB上的传输损失和信号延时成为高频线路的难题。
近来，日立化成开发出了适用于高GHz频段的高速/高频应用的低传输损耗多层板材料MCL-FX-3，该板材用新树脂加工，玻璃布采用NE-玻璃布，板材具有好的介电性能，同时，高Tg，低吸水、高耐热，适合无铅焊接加工。MCL-FX-3的基本性能见表12。MCL-FX-3的介电性能见图7，MCL-FX-3的评估系统见图8，MCL-FX-3的传输损耗比较见图9。
3.3.3 SS处理和NHR处理
3.3.3.1 SS处理
SS(smart surface)process，系指玻璃纤维的表面平整处理，简称SS处理。SS处理和传统处理的平面比较和横截面比较分别见图10、图11。SS处理和传统处理的Dk分布和厚度变化比较见图12。一般而言，SS处理的优点：① 表面平滑；② 尺寸稳定；③ 适合激光钻孔；④ 有利于特性阻抗的设计。
3.3.3.2 NHR处理
传统处理与NHR处理的树脂浸透性能比较见图13，玻璃布型号为1027，树脂体系采用FR-4配方。
传统处理与NHR处理的终点比较见图14，图中所谓终点(End point)，就是胶片变得半透明的时间，该图比较了一些玻璃布的浸透特性，树脂采用 FR-4 配方(100cps)。
树脂粘度的影响比较见图15，玻璃布型号为1027，树脂采用FR-4配方，日东纺认为，NHR处理提高了树脂对于某些玻璃布的浸透性能，对于高粘度树脂具有良好的浸透性能，适合特殊树脂，提高绝缘可靠性。
结束语
全球玻璃纤维工业从二十世纪三十年代末期诞生至今，在经历了坎坷发展历程后，已经成为一门崭新的独立工业体系，同时，相信随着电子整机的驱动以及线路板和覆铜板的设计需要，全球电子玻璃纤维布将更加丰富多彩。
参考文献
[1] 危良才. 电子级玻璃纤维布生产技术、发展动向及市场前景. 玻璃与搪瓷. 1997,26(1)
[2] 张家亮. 2011年全球刚性覆铜板市场及未来发展. 覆铜板资讯. 2012，No.4
[3] Prismak 2012.04.
[4] K.C.Chuang. J.Y.Lin. C.T.Lee. Low Dielectric Glass Fabrics.ECWC12. 2011.11. TAIWAN.
[5] www.nittobo.co.jp
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