覆铜板(Copper Clad Laminate,简称CCL)是一种重要的电子材料,广泛应用于印制电路板(Printed Circuit Board, PCB)的制造中。它由增强材料、树脂粘结剂和铜箔组成,通过热压工艺制成。
根据不同的增强材料和树脂种类,覆铜板可以分为多种类型。常见的有纸基覆铜板、玻纤布基覆铜板、CEM-3覆铜板等。其中,FR-4环氧玻纤布基覆铜板是目前PCB制造中最常用且应用最广的产品。此外,还有金属基覆铜板,如铝基覆铜板、铜基覆铜板等,这些材料通常用于需要良好散热性能的应用场景。在PCB的断面图层中,覆铜板也就是下图中的CORE部分:
覆铜板是将增强材料(一般为木浆纸或玻纤布)浸以树脂胶液,一面或两面覆以铜箔,经热压而成的一种板状材料, 担负着印制电路板导电、绝缘、支撑三大功能,是制作印制电路板的核心材料。覆铜板作为印制电路板最主要的原材料,仅应用于印制电路板的制造,两者具有较强的相互依存关系。覆铜板的生产技术和供应水平是 PCB 行业发展的重要基础,PCB 的发展情况也会对覆铜板的需求和发展产生重要影响。
近年来,随着电子工业的迅速发展,覆铜板工业也得到相应的发展,其中,环氧树脂覆铜板的发展尤为迅速。下图为玻璃纤维布基覆铜板剖面图:
由于FR-4覆铜板相对成本较高,而纸基覆铜板(成本低)只能专用于电视机等家用电子产品,因此国内外相继开发了纸与玻纤布复合基材的覆铜板,即复合基覆铜板。
CEM-3覆铜板基本性能相当于FR-4覆铜板,具有优秀的机械加工性能,使用条件与FR-4覆铜板相同,成本低于FR-4覆铜板,大有取代FR-4覆铜板的趋势。由于玻纤纸比较疏松,浸胶时树脂含量偏高,导致产品收缩率大,尺寸稳定性差。所以,在环氧树脂胶液中,普遍采用添加无机填料(如氢氧化铝等)的方法,使产品的各项性能得到改善和提高。
下图是覆铜板的常见分类:
▎02. 环氧树脂覆铜板加工工艺
FR-4覆铜板的制备可分为粘接片和压制覆铜板二部分:
其中,粘接片的制造流程如下:
玻纤布开卷后经导向辊进入胶槽浸胶后通过挤胶辊,控制树脂含量,然后进入烘箱。经过烘箱期间,去除溶剂等挥发物,同时使树脂处于半固化状态。出烘箱后,按尺寸要求进行剪切,并整齐地叠放在储料架上。调节挤胶辊的间隙以控制树脂含量,调节烘箱各温区的温度、风量和车速,控制凝胶时间和挥发物含量。
在粘接片的制造过程中,为了保证质量必须定时检查树脂含量、凝胶时间、树脂流动度和挥发物含量等,下表为粘接片的技术要求:
至于复合基覆铜板的制造与FR-4覆铜板基本相同,只是粘接片基材多了一道玻纤纸(CEM-3)或木浆纸(CEM-1)芯料制造,即最后由玻纤布基面料、芯料与表面处理过的铜箔组合而成。
覆铜板的压制过程大体分成升温、保温和降温三个阶段,升温阶段,主要是使树脂熔化、流动。同时,根据树脂的熔化和流动情况,进行加压,加压不及时将造成“欠压”而出现“微气泡”和“干花”等缺陷;加压过早,将导致流胶过多或滑板等问题。典型的压制工艺为升、降温速度6℃/min,于175~180℃固化60min,可用传统压机或真空压机加压,前者5.2 MPa,后者2.45 MPa。
制成的覆铜板的性能如表所示:
覆铜板产业是一个资金需求较大、与宏观经济走势关系密切、行业集中度较高又称行业集中率或市场集中度。是指某行业的相关市场内前N 家最大的企业所占市场份额(产值、产量、销售额、销售量、职工人数、资产总额等)的总和,是对整个行业的市场结构集中程度的测量指标,用来衡量企业的数目和相对规模的差异,是市场势力的重要量化指标,存在季节性波动的一个行业。
覆铜板直接用于印制电路板的生产,终端市场包括计算机、通讯、汽车、消费类电子产品、LED 照明、IC 封装、航天军工等诸多领域,由于终端应用领域广泛,行业整体上与宏观经济走势相关。由于覆铜板产品主要应用于计算机、通讯、电子消费品等几大终端领域,受终端市场产销波动的影响,行业存在一定的季节性波动。
目前,中国大陆已经成为全球最大的覆铜板生产地,国内产业集中在华南、华东地区,形成了从玻纤布、铜箔到环氧树脂等主要原材料的全球重要原材料生产基地,构建了全球最大的从原材料、覆铜板、线路板到整机厂的完整产业链。
然而我国常规类的覆铜板存在产能过剩的问题,但高端、高性能覆铜板领域仍需大量进口,结构性矛盾突出。其原因分析主要是因为高频覆铜板制备工艺技术门槛高,在其制备过程中,原材料、工艺配方、工艺过程控制是影响覆铜板介电损耗与介电常数的三大重要因素,然而此三大因素是需要长时间的实验经验积累及下游应用产品验证来优化的,这也是高频覆铜板制造商的核心技术壁垒。
我国虽然在产能上已居世界前列,但目前高频高速覆铜板基材核心技术还仍然主要掌握在海外企业的手中。目前市场被美日供应商控制,代表为罗杰斯,以及美资雅龙材料、泰康利、isola 等;日本代表供应商为松下,我国目前仅有生益科技、超华科技以及中科英华等几家企业具有同行业竞争力。但随着5G 商用化的推进,驱动国内覆铜板企业加大研发力度,国产替代势在必行。
覆铜板上游原料主要是铜箔、电子玻纤布与树脂,下游直接应用于 PCB板,PCB 下游应用非常广泛,包括计算机、通信终端、消费电子、汽车电子、工业控制、医疗仪器、国防、航空航天等。
铜板主要成本为原材料成本和制造成本(人工、仓储、折旧、水电能源等),主要原料为铜箔、玻璃纤维布、环氧树脂,成本占比分别为 42.1%、19.1%、26.1%。
覆铜板下游各应用领域占比情况:
写在最后
随着汽车电子化发展以及自动驾驶ADAS的需求,PCB行业将会朝着高速高频化方向发展,同时对于覆铜板行业来说,也将会带来更多国产化的需求。
推荐阅读:公差尺寸链的详细分析与计算
- END -