三十多年前，FR-4最初问世的时候是由溴化双官能环氧树脂制成的，树脂的玻璃化转变温度（Tg)在110℃-130℃之间。
从那以后，印刷线路板（PWB）行业发生了许多的变化。多层板已由简单的四、六层板转向制作更加复杂、更多层数的多层板，具有精细线路、盲、埋孔，直至今天的微孔。元器
件工业也由最初的插针通孔(pin-through-hole)发展到直接封装元器件，最终发展了倒芯片封装技术。 这些变化对PWB包括基材在内的方方面面产生了深刻的影响。基材制造商们不得不加快步伐去生产新的增强材料、新的环氧混合树脂体系PWB板要求一直方兴未艾。当今电子工业 的竞争特性迫使行业内业者不断地降低成本解决方案。 表1列出了应用于三种不同产品中所需层压板性能特性。个人计算机用层压板与移运通信（handheld)用层压板几乎没有什么区别，仅仅是移动通信行业更迫切的需要更高Tg的层压 板。对于芯片载体来说，其所需要求在技术上是围绕着JEDEC规范的可靠性而发展的。 成本仍然是驱动个人计算机需求的主力，在通信用基材中成本同样是一个重要的因素，然而微孔技术成了解决成本问题的主角。个人计算机及移动通信用PCB技术的解决方法已由140℃ Tg的FR-4发展到具有极强竞争力的180℃Tg的FR-4。 用作芯片载体的层压板通常要求较高的可靠性（JEDEC试验），更高要求的可靠性试验基础建立于如下几方面：a)75um线宽和线间距；b)直接与硅模接触（direct con-tact with the silicondie)；c)严格的贮存条件。当前，让安装在一个只使用二至三年的产品中的元器件有十五年的寿命，在业界存在相当大的争议。 Thermount TM是杜邦公司的注册商标，内埋容阻（buried Capacitance TM)是Hadco公司的注册商标。Ohmegahly TM是Ohmega Technologies公司的注册商标，DATLAMTM则是 Dielektra&Nelco Inter-national公司的注册商标。 表2列出了用电子级玻璃布作增强材料的几种不同层压板的性能。可以看到，绝大多数可用的新材料都处在150℃-200℃技术的范围；同时可以注意到，表中列出内埋容阻、连续 层压。（Contiouous Lamination)、Masslamination 和Pre-Fin-ished Blanks。表3是几种增强材料的主要性能。表4是芯片封装材料有关的几种试验情况。
表1 不同应用要求的层压板性能
| 电性能 | 个人计算机 | 移动电话 | 硅芯片载体或者MCM-L用基材（SIA 2003年路标） |
| 介电常数 | 4.4 | 4.4 | 3.0 |
| 损耗因子 | 0.1 | 0.1 | 0.05 |
| 物理性能 | |||
| 吸湿率（%） | 0.25 | 0.25 | <0.1 |
| 玻璃化转变温度（℃） | 140 | 140-160 | ≥160 |
| Z轴热膨胀系数（ppm/℃) | 50-70 | 50-70 | 接近铜箔 |
| XY平面热膨胀系数（ppm/℃) | 12-14 | 11-13 | 接近硅材料 |
| 铜箔粘结力（Ibs/in) | +8 | +8 | +8 |
| 尺寸稳定性 | 0.05% | 0.05% | 0.02% |
| 材料技术 | 应用 | 主要优点 | Tg应用℃ |
| 多功能环氧 | 个人计算机、移动通信、汽车工业 | 选择范围广，容易加工低 | 130-149 |
| 高耐热环氧 | 底板、PCMCIA、移动通信、HDI、高可靠性、汽车工业 | Z轴膨胀，热稳定性好 | 150-200 |
| 低损耗环氧 | 高速模拟和数字系统、试验和测试仪器 | DK=3.9,Df=0.01,在1-10Ghz范围内低介质损耗 | 150-200 |
| 低损耗增强、SI技术 | 高速模拟和数字互连 | Dk和Df可降低8% | 150-200 |
| Epoxy Thermout TM | 激光钻微孔、受控的X/Y-CTE、HDI | 可高速激光钻孔，8-10ppmX/Y-CTE | 150-200 |
| 涂树脂铜箔 | 激光钻微孔 | 可高速激光钻孔 | 130-149；150-200 |
| BT Epoxy | 高可靠性、低损耗 | 低Z轴膨胀，低DK | 150-200 |
| 聚酰亚胺树脂（PI） | 内发热、高温应用、底板 | 很低的Z轴膨胀，低DK | +200 |
| 氰酸脂（CE） | 高可靠性、低损耗 | 低DK和低Z轴膨胀 | +200 |
| JEDEC BT | 芯片封装-三井技术 | 高可靠性（JEDEC） | 150-200 |
| JEDEC FR-5 | 100%环氧芯片封装 | 低成本-效益 | 150-200 |
| APPE（A11 ylated polyphenylene Ether) | 高速、低损耗互连、ASAHI技术、不含锑 | 接受聚四乙烯的电性能，用于薄层板中，在1-10GHz范围有较低的损耗。 | 150-200 |
| Continuous Lamination DATLAMTM | 个人计算机、移动通信、宽带率范围、汽车工业、底板、移动PCMCIA、HDI、高可靠性 | 卷状生产工艺，良好的厚度精度，要求良好面板尺寸的首选 | 130-149 |
| Flexible rigid | 可弯曲安装刚挠环氧玻纤材料 | 较膜片有较好的成本效益 | 130-149 |
| 内埋容阻 | 无源电容组件、50um层压板 | 改善高频电性能 | 130-149；150-200 |
| FRT | Ohmega-PlyTM Planar tesistive Laminates（适用于所有树脂） | 终端电阻器等 | 130-149；150-200 |
| Mass lamination & Prefiished Blanks | 4-10层板，多种材料技术 | 低成本线平衡，避免资金投入 | 130-149；150-200 |
| 材料类型 | X/YCTE（ppm/℃) | 介电常数（IMHz） | 密度（G/cc) | 传播延尺（ps/in) |
| E级玻璃布 | 5-5.5 | 6.2-6.5 | 2.5 | 163 |
| SI级玻璃布 | 3.4-3.6 | 4.4 | 2.5 | 155 |
| S级玻璃布 | 2.3-2.6 | 5.0-5.2 | 2.4 | 159 |
| D级玻璃布 | 2.0-3.0 | 3.8-4.1 | 2.1 | 151 |
| 石英玻璃 | 0.5 | 3.8 | 2.5 | 151 |
| Aramid | -4.0to-5.0 | 3.8-4.1 | 1.4 | 157 |
| 聚四氟乙烯 | 0.10 | 2.1 | 1.4 | 132 |
| 试 验 | 参 数 | 结 果 |
| 耐焊性 | 260℃20秒，6个循环，无白角和分层 | 通过 |
| 热冲击（气体） | -65℃到125℃，200个循环 | 通过 |
| 热冲击（液体） | 260℃110秒到20℃120秒 | 通过 |
| 压力锅试验（PCT） | 144小时/121℃/15psi+6XHASL | 通过 |
| 热冲击 | -55℃分钟，125℃5分钟，5秒钟转变一次，500个循环 | 通过 |
| 空-空 | -65℃到140℃，100X | 通过 |
| 水中 | -65℃到140℃，100X | 通过 |
| 性能 | 低DK环氧 | 低DK环氧SI | APPE | APPE SI |
| Tg(DMA)(℃) | 250 | 250 | 210 | 210 |
| Z-AxisCTE(%) | 4.0 | 4.0 | 4.2 | |
| DK(1MHz) | 3.9 | 3.6 | 3.5 | |
| DK(1GHz) | 3.9 | 3.6 | 3.3 | |
| DK(10GHz) | 3.9 | 3.6 | 试验中 | 试验中 |
| Df(1MHz) | 0.009 | 0.008 | 0.003 | 0.003 |
| Df(1GHz) | 0.010 | 0.008 | 0.005 | 0.003 |
| Df(10GHz) | 0.010 | 0.008 | 试验中 | 试验中 |
| 可用于包括粘结层在内的薄介质材料 | 是 | 是 | 是 | 是 |
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。
表6 1998年度NEMI发展路标的关于移动产品的仿真模型
| 商业生产年份 | 单位 | 1999 | 2001 | 2003 | 2009 |
| 设计封装密度 | |||||
| 组装元器件I/O密度 | I/O per cm2 | 35 | 43 | 60 | 100 |
| 元器件I/O密度 | I/O per cm2 | 140 | 175 | 240 | 350 |
| 封装I/O节距（Area/BGA) | mm | 1.0 | 0.8 | 0.5 | 0.5 |
| 封装I/O节距 (Area/CSP) |
mm | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.3 |
| 芯片节距（Area) | mm | 0.25 | 0.25 | 0.20 | 0.1 |
| 封装I/O节距 | mm | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 基本线宽和线间距 | um | 70 | 60 | 35 | 20 |
| 基本焊盘直径 | um | 200 | 120 | 80 | 50 |
| #I/Os/product | solder joints | 5000 | 5500 | 6000 | 6000 |
| 组装元器件密度 | #/cm2 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 7.0 |
| 元器件密度 | #/cm2 | 33 | 39 | 50 | 65 |
| 实际元器件 | |||||
| 显示器 | Resolution Technoligy | VGA Passive | VGA Active | ||
| Color Cost | Reflectiv $35 | Full $25 | |||
| 半导体内存 | DRAM+ROM | 80MB | 256MB | 0.5GB | 1GB |
| 互连基材 | Type | 4+m-via | m-via | m-via,RTR | m-via,RTR |
| 存贮容量，<12.5mm厚度 | HDD | 3G | 5G | 10G | 20G |
| 元器件厚度 | mm | 2.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 电源 | Yype | NiMH/Li ion | Li ion /li polymer | li ion /Li polymer | Li Polymer |
| 无源组件 | Type | 0402 | 0201 | intergral | Intergral |
