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板材国产替代走到哪一步:哪些能换、哪些还得等

2020-08-31
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替代说的是哪一层

谈板材国产替代,先把层级拆开。一块覆铜板由铜箔、玻纤布、树脂三部分组成,外面还有半固化片配套。这四个环节的国产化程度差别很大,笼统说能替代或者不能替代,都没法用来做决定。

铜箔这一层国内产能已经很大,常规电解铜箔供应充足,压延铜箔还在追赶。电子级玻纤布早已量产,高端的低介电规格还在爬坡。树脂是技术含量最高的一段,常规环氧树脂没有问题,高速和射频用的改性树脂体系才是真正的分界线。

覆铜板铜箔与半固化片的结构分解示意

常规 FR-4 这一档

Tg 一百五十左右的常规 FR-4,国产已经覆盖了绝大部分需求。常用 PCB 基板材料里这一档属于标准品,各家参数表差别不大,交期也短。

这一档换料的风险主要不在一张板的性能上,而在批次之间的一致性。同一牌号不同批次,树脂含量和流动度会有波动,厚度公差也会,压合参数如果没跟着微调,内层起泡或者板厚超差就会冒出来。

中高 Tg 和无卤这一档

Tg 一百七十以上、以及无卤体系,国产已经有稳定供货的牌号。这一档的技术难点在树脂配方,无卤体系靠磷系或者氮系阻燃,树脂极性低,与铜箔的结合力天然不如含溴体系。

结合力的问题在压合和钻孔之后才暴露。棕化处理没做透,或者在潮湿环境里放久了,压合出来的板子做热冲击试验会出现分层。用国产无卤板要在这几个工序上把参数收紧,不能照搬含溴板的老参数。

这一档能不能换,取决于产品定位。消费类电子、电源类板子,国产中高 Tg 板足够用。车规和医疗这类要过长期可靠性验证的,换料之后的重认证周期要算进去,不要只看单板测试结果。

高频板难在哪

高频材料的核心指标是介电常数和损耗因子,以及这两个参数在温湿度和频率变化下的稳定性。这一档难的地方不在做出一张达标样品,而在把参数的一致性控制到批次之间、幅宽之间都稳定。

板材厂能把 Dk 和 Df 做到标称范围内,这个不难。难的是同一牌号连续几批的 Dk 波动能控制在多少。高频电路上阻抗对 Dk 很敏感,Dk 漂一点,阻抗就跟着漂,插损曲线整段移动。

另一个难点是压合窗口。高频材料的树脂体系流动性窄,温度曲线偏一点就压不实或者树脂溢出过多。板厂要为每种高频材料单独做一套压合程式,这属于工艺积累,不是换一卷料就能解决的。

高频高速覆铜板的市场现状里讲的是产业格局,从用板的角度看,这一档目前还是进口牌号占主导,国产在部分频段和部分牌号上已经可供货,但选型时要看具体的频段和损耗要求,不能按"国产高频板"一个笼统概念来判断。

什么场景可以先换

数字电路和电源板,还有普通消费电子主板,这几类对材料参数的敏感度低,国产板材换上去通常不会带来性能问题。判断顺序可以先看这几点,信号速率在一 GHz 以下,阻抗公差要求不严,工作温度不极端,也没有长期重认证的约束。

换料之后的成本节省主要来自两处。一是材料单价,二是交期。交期这一项常被忽略,国产料现货供应快,遇到急单能压缩排产时间,这对项目节点紧的产品价值很大。

什么场景先别换

毫米波频段的天线和馈线,光模块的高速通道,还有汽车雷达前端,这几类对损耗和相位一致性要求极高,换料带来的性能变化可能超出设计余量。这类产品即便要用国产材料,也应该在项目早期就介入,留出仿真和实测的时间。

已经量产的项目不建议中途换料。换料不是把 BOM 上的牌号改一行,压合和钻孔参数要重定,阻抗设计要重算,可靠性验证要重跑。量产阶段换料省下的材料费,很容易被重认证的成本吃掉。

换料之后要重新验证什么

电气这边测三样:Dk 和 Df 的实测值,阻抗条的实际阻抗,还有插损曲线。覆铜板与半固化片的选型里有更细的验证口径,这里只列必须做的。

工艺这边看两样:压合后的板厚与树脂流动状态、钻孔后的孔壁质量。材料换了,压合温度曲线和钻孔参数都要重新试。

可靠性这边按产品等级定。消费类做热冲击和湿热老化,车规要加热循环和 CAF 测试。这一段的周期最长,通常也是换料计划里最容易低估的部分。国内板材牌号的参数可以到PCB 材料库里对照,选型时先看参数表能不能对上设计要求,再谈价格。

小结

常规 FR-4 和中高 Tg 这一档,国产替代已经完成,重点在批次一致性管理。高频这一档在推进,能不能换要看具体频段和损耗要求,不能一概而论。

换料的动作顺序应该是先验证材料参数,再验证工艺窗口,最后跑可靠性。跳过前两步直接上量产,问题会在批量交付之后集中出现。