由上述可知,现在电路设计者们在材料与性能的选择搭配上选择范围很大,而如何选择一种性能优异、价格低廉和工艺简单的方案却很不容易。 在材料的使用中还有另外一个因素,那就是对制造商的生产工艺的方便性。对一个生产商来说,基材的改变将会牵涉多方面的影响,如钻孔工艺、去钻污工艺以及电镀工艺等的相 应改变,这些都是PWB生产中的关键工艺,所以往往对此非常谨慎。正因为这样,当今市场上可用的新材料技术在设计上都昼减少与传统工艺的矛盾。 1998年6月,在华盛顿召开的最近一次IPCTMRC/AMRC会议上。IPC公布了最新的基材使用趋势,其中的三个趋势分别见下图1、图2和图3。第一眼看到这些资料。我们也许会感到迷 惑乃至以为自相矛盾:低Tg基材(130℃-149℃)和高Tg基材(200℃以上)的使用百分数正大大增长。这是因为技术造成的吗? 大多数人认为中高Tg(150℃-200℃)材料的高增长是因为在150℃-200℃范围内实现了多种低成本效益方案。例如,中高Tg环氧体系与高Tg(200℃以上)体系相比,具有差不多的 最终性能,然而成本却相对较低;另一个例子是低损耗环氧,这些低损耗环氧树脂在电性能上接近于氰酸酯树脂,而价格较氰酸脂低得多,而且工艺性好得多。可以在150-200℃范围 内,实现许多具有成本效益的技术解决方案。 图1是1992年到1997年间,用制造PWB用层压板的低Tg环氧用量趋势图。很明显Tg低于150℃的环氧基板其市场份额下降很快,在过去的两年里下降了近10个百分点。这种被称为 “标准FR-4”的低Tg基材,尽管其市场份额正不断下降,但它仍然占有当今市场的最大份额。 “FR-4”常常被用来描述Tg在120℃-200℃之间的范围很广的基材,如今由多功能环氧树脂混合体系做成的同性能半固化片也被称为FR-4基材. 图2看起来与图1正好相反,中高Tg基材使用量正呈快速增长。1997年,中高Tg(150℃-200℃)板材的使用量达到了层压板总量的20.7%。 这种逐年增加趋势表明,电子工业需要中高Tg的材料以满足对低Z-轴膨胀、封装时良好热稳定性和更高的可靠性等性能要求。这种中高Tg材料技术将从低Tg和高Tg材料技术上抢夺 市场份额。正如前所述,表面2表明许多先进技术用材料也都出现在中高Tg范围内。 表3表明了高Tg(200℃以上)基材的市场份额正在下降。这主要是因为目前大多低成本-效益方案在150℃-200℃范围内已经得以实现,最终,其市场份额将下降至一个稳定值,但 随着技术发展把材料性能推到更高水平,该类基材的使用量将开始增加。 前面讲过,许多数据报道了高Tg基材的使用通常会对PWB制造工艺产生一定的影响。如聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(Teflon)和其它一些“高性能”材料,不仅其本身需要独特 的生产工艺和生产设备,且下游制造商也需要特别的生产工艺和生产设备,才能制作板材。 表6是美国国家电子制造动议(NEMI)的仿真模型,它是NEMI发展路标的基础。这种专门的仿真模型用于移动携带型(hand-held and portable)产品,正是这些产品推动着PWB制 造技术发展。从图表分析中,可以看出影响材料选择的那些因素。大互连基材类型一行,可以看到移动通信产品将一直使用微孔技术;在无源元器件一行,可以看到集成元器件预计将 到2003年才开始使用。 表6的设计封装部分表明了倒装芯片节距由1999年的0.25mm(10mils)缩小到1009年的0.1mm(4mils)。节距(pitch)本身并不会要求基材有什么性能上的变化,但由此而引起的 线宽/线间距的变化却要求基材具有某些特性。若制作20um(1mil)线宽和线间距的PCB需要使用具有很薄铜箔、很好平整表面的层压板。表中没有明确说明基材类型,我们几乎可以肯定 基材仍然会是FR-4的,Tg很可能就在150℃-200℃之间。 在1997年版的《全国半导体技术发展路标》的134页上SIA向PWB供货商提出了开发用作芯片载体的有机材料,要求该材料Tg可与低熔点焊料工艺(eutectic solder processes)电 容。他们希望在2006年能用上介电常数接近2.0、热膨胀系数为6.0ppm/℃和极低吸湿率的基材。这些需求皆因为直接安装倒装芯片设备(direct at-tach flip chip devices)的不断 增长的使用而造成的。SIA想到2009-2012年使用介电常数等于1.0、CTEs为3.0ppm/℃的材料。 很明显,半导体及其封装技术的发展变化在着先进的材料技术。互连基材迅速成为影响整个系统性能的关键因素,特别是在很高频率的数字或者模拟信号领域。可喜的是在150℃- 200℃温度范围内,电路设计者们已经有了多种低成本-效益技术的选择,这让他们有了解高热性能、无源元器件(passive components)、更低的损耗、更快的信号传输、微孔密度 (Micro Via densi-ties)、连续层压产品(continuous lamianation Products)和密封电 阻控制(tight impedance control)等的方案。