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中国PCB专用材料企业的现状与发展调查——钻孔用盖垫板(2015年版)

发布时间:2015-08-26      来源:CPCA 信息部      被浏览次数: 3011

中国PCB专用材料企业的现状与发展调查
——钻孔用盖垫板(2015年版)

 

 中国印制电路行业协会信息部

 

摘要 盖/垫板作为PCB钻孔加工的重要辅料,随着PCB的市场发展与技术升级,盖/垫板产品技术不断细分、升级,市场得到快速发展。近些年来,随着钻孔技术的微孔化、高精度和高品质化、多元化发展升级,盖/垫板也面临了新的需求与挑战。
关键词 盖/垫板 钻孔加工 调查

The Present Situation and Development Survey of PCB Special Materials in China for Drilling Entry and Backup Boards


Abstract Entry and backup boards is a important accessories in PCB drilling. As the PCB market development and technology upgrading, the products and technology of entry and backup boards constantly segmenting, upgrading, market development. Recently , with the PCB drilling technology of micro, high hole position accuracy, high hole quality and diversified development, the entry and backup boards are also facing the new demand and challenge.
Key words :entry and backup boards   drilling   survey

 

        印制电路板用盖板和垫板(简称为盖/垫板)是PCB机械钻孔加工必备的重要辅助材料。由于PCB机械钻孔加工生产中的需要大量的盖垫板,并且近些年随着印制电路板钻孔技术快速发展, PCB用盖垫板产业已成为PCB原辅材料行业中有相当规模的重要组成部分。

 

1.盖/垫板产品的发展史
        PCB用盖垫板在上世纪四五十年代几乎是与PCB同时诞生。刚开始使用的是酚醛树脂盖板,而普通酚醛树脂Tg较低,逐渐出现钻污等问题。出于这一原因,在PCB业界中一度曾开始使用环氧玻纤板,但是它不能完全解决钻污的问题,而且由于钻速越来越高,产生的热量也越来越多,在80年代后期对盖板又有了导热的要求,而环氧树脂的导热系数很低,不利于散热,故不能满足生产的要求,同时环氧玻纤板的成本也较高,因此这种环氧玻纤板使用的历史并不很长,就被遗弃。
        20世纪90年代初,木纤板由于具有价格便宜、稳定性、钻污少及耐热性能相对较好等优势开始用作于钻孔垫板。早期出现的低密度木纤板表面硬度低,钻孔时易出现毛刺现象,适合于较大孔径的钻孔;随着钻孔孔径缩小及钻速提高,为了很好的减少钻孔毛刺,在90年代末期,先后出现了中、高密度木纤板,其表面硬度逐步提高;为了进一步提高木纤板表面平整性和厚度均匀性,近几年木纤板还出现表面砂光工艺。同时90年代初还出现瓦楞垫板等新型概念产品。 
        20世纪90年代中后期,PCB钻孔加工中用的盖/垫板品种选择上还同时开始采用另一类具有更好导热性的品种,即金属盖板。起初使用的是普通软铝,铝导热系数远远大于树脂,钻头最高温度可由200℃多降至100℃多,但是它的材质太软,易产生划伤,导致钻头打滑而出现孔位精度不佳、断针等异常。于是,它的更好加工性能的替代品合金铝盖板就问世,并成为至今仍为普遍使用的盖/垫板品种之一。
        21世纪初,为适应更细小孔径(0.3mm以下)和更高速的钻孔品质要求,盖垫板生产厂家又开发和改良了原有的酚醛树脂纸垫板产品,其材料特性、密度、表面硬度、平整性、厚度均匀性、材质等都得到改进。同时,为了解决合金铝盖板表面太硬,及容易导致钻头打滑的问题,开发出了润滑铝片。这种铝片还在提高孔位精度、解决钻头加工中钻头散热问题上,起到重要的作用。在近年润滑铝片的应用市场得到了迅速的扩大,可以预测在未来多年,它是微孔钻孔加工中很理想的辅助材料之一。
        随着PCB技术高端化、功能化、特殊化发展,作为PCB钻孔辅材盖/垫板技术也逐步朝着多样化、精细化、功能化发展。盖/垫板品质、品种,对确保PCB钻孔加工质量、成品率、生产效率、延长钻头使用寿命、PCB的可靠性起到重要作用。

 

2.盖/垫板产品的概述
2.1盖板的定义
        电路板钻孔时在PCB钻孔加工时,放置在被加工的覆铜板上的板,称为“盖板”(Entry Material)。它是一种在印制板机械钻孔时置于待加工板的上面,以满足加工工艺要求的材料(见图1)。


 
图1 盖板和垫板产品及在PCB钻孔加工中应用示意图

2.2盖板的主要功效
        作为PCB钻孔加工的辅助材料,盖板有五个主要功效:① 保护板面(保护覆铜板的铜箔面,或基板镀铜导电层面),防止压力脚压伤板面 ; ②固定钻头,减少钻孔时钻头摇摆幅度、偏移,使钻头能准确定位;提高孔位精度,防止折断钻头;③防止基板上产生孔口毛刺;④协助钻头散发热量、降低钻头温度;⑤协助清扫钻头沟槽;防止腻污孔;减少钻头的磨损和断钻等。
        对盖板性能要求主要有:软度要够;厚度公差小;平整及不易变形;耐高温;吸湿性低;表面无杂质、异物、明显缺陷等。

2.3垫板的定义
        钻孔时垫在电路板下,与机器台面直接接触的板状垫料,称为垫板(Back-up board)。它是一种在印制板机械钻孔时置于待加工板的下面,以满足加工工艺要求的材料。
        垫板的主要功效是:① 减少基材钻孔口毛刺);②对贯穿PCB板的钻孔加工,起到保护钻孔机台面的作用;③降低钻头温度,减少钻头磨损;④清扫钻头上的部分钻污;⑤在一定程度上发挥其定位功效,提高钻孔精度。

2.4垫板的主要要求
        为确保基板的孔加工质量,对垫板具有要求是:平整性要好、尺寸公差小、切削容易、表面要求硬且平、材料高温不产生黏性或释放出化学物质污染孔壁或钻针,以及钻屑要求细且粉,易于排屑。硬度适宜、树脂含量或其它杂质成份含量少、固化程度好、不会产生粘性或释放出化学物质污染孔壁或钻头。

2.5盖/垫板产品品种
        根据材料的不同,市场上通常将盖板分为四大类:酚醛纸盖板(包含酚醛纸盖板和冷冲板)、涂树脂铝盖板(又称为润滑铝片)、普通铝片(即铝箔盖板)、环氧玻璃布盖板。酚醛纸盖板业界用量较少,而冷冲板(俗称,属酚醛纸盖板类)主要用于挠性板钻孔;涂树脂铝盖板,用于HDI板、密集BGA、IC载板等微小孔钻孔和挠性板钻孔,由树脂和铝箔构成;普通铝片即铝箔盖板,用于普通及精细线路板钻孔,由合金铝箔构成;环氧玻纤布盖板,由环氧树脂和玻纤布构成,目前市面上用量极少。另外,以前也出现过一种复合铝盖板,由木浆纸(芯)和铝箔构成,目前已不多见,业已退出市场。
        根据材料的不同,市场上一般将垫板分为以下三大类:酚醛纸层压垫板、蜜胺木垫板(含蜜胺木垫板、复合木垫板、涂胶木垫板、UV木垫板)、木纤板。酚醛纸层压垫板,是由牛皮纸或木浆纸浸渍酚醛树脂热压制成;蜜胺木垫板则是通过脲醛或酚醛或其它树脂与木纤板经过不同工艺制成不同类型的垫板;垫板中的木纤板,可分为中密度木纤维垫板和高密度木纤维垫板,由木质纤维或其它植物纤维与脲醛树脂或其它合成树脂混合,经热压制成。


表1、表2分别所示了中国印制电路行业协会在2010年发布的印制板钻孔用盖板与印制板钻孔用垫板的标准(CPCA 4403—2010)中的盖/垫板品种分类。


表1  盖板品种的分类

型 号

 

 

推荐适用范围

EB-01

酚醛纸盖板

由木浆纸和酚醛树脂构成  

用于挠性板钻孔

EB-02

涂树脂铝盖板

由树脂和铝箔构成 

用于HDI板等微小孔钻孔

EB-03

复合铝盖板

木浆纸(芯)和铝箔构成

用于厚铜板、背板、PTFE板等特殊板钻孔

EB-04

铝箔盖板

由铝箔构成

用于普通线路板及精细线路板钻孔

 

 

 

 

 

表2  垫板品种的分类

型号

  

 

推荐适用范围

BB-01

酚醛纸层压垫板

由牛皮纸或木浆纸浸渍酚醛树脂热压制成

用于厚铜板、HDI板、PTFE、挠性板或孔径不大于0.20 mm的钻孔

BB-02

纤维板·三聚氰胺 脲醛树脂·纸复合木垫板(蜜胺木垫板)

由纤维板、脲醛、三聚氰胺树脂及木浆纸构成

用于HDI、背板或孔径不大于0.20 mm的钻孔

BB-03

树脂涂层·纸·纤维板复合木垫板(复合木垫板)

由木浆纸、纤维板、树脂层构成

用于HDI、孔径不大于0.30 mm的钻孔

BB-04-01

双面涂胶木垫板

(涂胶木垫板)

由纤维板、树脂凃层构成

用于孔径不大于0.30 mm的钻孔

BB-04-02

紫外光固化树脂涂层木垫板

UV木垫板)

由纤维板、紫外光固化树脂凃层构成

BB-05-01

中密度木纤维垫板

由木质纤维或其它植物纤维与脲醛树脂或其它合成树脂混合,经热压制成

用于孔径不小于0.30 mm的中低档板钻孔

BB-05-02

高密度木纤维垫板

由木质纤维或其它植物纤维与脲醛树脂或其它合成树脂混合,经热压制成

用于孔径0.25 mm及以上的中低档板钻孔

 

 

3.全球及我国盖/垫板市场现况
3.1盖/垫板市场规模总述

       根据Prismark、wecc(世界电子电路协会)、CPCA的市场分析报告而作的推算,2014年全球PCB钻孔用盖垫板的市场规模达到291.9百万平方米,预测在2017年将为335.7百万平方米。按销售额统计,2014年为9.43亿美元,2017年将增长到为11.56亿美元。
       中国大陆是PCB钻孔用盖垫板全球需求量最大的国家/地区,当前它的年消费盖垫板量约占整个全球的45%左右,其次是亚洲其他国家/地区(不含日本、中国大陆),它约占全球总需求量的39%。


3.2 盖板市场规模与品种结构变化特点
        根据调查,全球PCB钻孔用盖板在2014年总体需求量为194.6百万平方米(见图2)。其中铝片131.0百万平方米,销售额为1.87亿美元(合人民币11.51亿元);覆膜铝片41.4百万平方米,销售额为3.96亿美元(合人民币24.35亿元);冷冲板22.2百万平方米,销售额为0.53亿美元(合人民币3.24亿元)。
       预测2017年将增加到219.9百万平方米(见图2)。全球PCB钻孔用盖板的销售额,由2012年的5.58亿美元(合人民币34.3亿元)增加到2014年的6.36亿美元(合人民币39.1亿元)。预测2017年将约增至7.36亿美元(合人民币45.2亿元)。

图2 全球2011-2017年PCB钻孔用盖板市场需求量统计及预测


        随着PCB技术的发展,PCB板的钻孔孔径越来越小、孔数越来越多、钻孔技术要求越来越高,盖垫板对钻孔品质的影响越显重要。一些高端的或高技术要求的PCB板,一般选用一些中、高端盖垫板。在PCB钻孔用盖板的市场产品结构上,随着PCB技术的发展,PCB产品结构的不断升级,以及PCB钻孔工艺技术的提升。其钻孔辅材的选用都是中、高挡盖板,比如润滑铝片、冷冲板、酚醛纸垫板、蜜胺木垫板。尤其是高档的润滑铝片(盖板)、PCB钻孔加工特殊用途的盖板、HDI(包括IC载板)用盖板、挠性PCB钻孔用冷冲板等成为市场增长较快的品种。
       用于刚性高技术、微孔PCB和FPC钻孔加工的覆膜铝片需求量在近年会逐步增多。根据统计,2012年覆膜铝片的市场需求占全球整个盖板量的18.1%,到2014年其市场比例已增加到21.3%,预测2017年比例将扩大到25.6%(见图3)。用于挠性板钻孔方面的冷冲板需求量也会呈一定的增长趋势。它由在2012年占全球整个盖板量的比例为10.6%,2014年增加到11.4%。

图3  PCB钻孔用各种品种的盖板市场需求比例的变化


3.3垫板市场规模与品种结构变化特点
        在PCB钻孔用垫板市场方面,2012年全球PCB钻孔用垫板的总体需求量为88.67百万平方米(见图4),2014年发展到97.28百万平方米。其中木浆板40.1百万平方米,销售额为0.54亿美元(合人民币3.44亿元);密胺板19.74百万平方米,销售额为0.71亿美元(合人民币4.36亿元);酚醛板27.65百万平方米,销售额为1.75亿美元(合人民币10.69亿元)。
       全球PCB钻孔用垫板的销售额,由2012年的2.50亿美元(合人民币15.87亿元)增加到2014年的3.08亿美元(合人民币19.65亿元)。预测2017年将增加到115.8百万平方米,销售额将增至4.2亿美元(合人民币25.5亿元)。

图4 全球2011-2017年PCB钻孔用垫板市场需求量统计及预测


        在PCB用垫板中目前用量最大的是木浆板品种。它主要用于低阶PCB钻孔加工。随着技术的不断升级,满足于中高端PCB钻孔需求的蜜胺板及酚醛板的用量将会明显增多。并且,多样、个性的微孔加工的发展,对特殊结构的垫板需求在不断扩大。

图5 近年PCB钻孔用各种品种的垫板市场需求比例的变化

        图5表明了近年PCB钻孔用各种品种的垫板市场需求比例的变化。从图中的统计数据,可看出,酚醛型垫板所占比例增长比例较大,并且它的高档型品种在需求量方面增加幅度较大。
       由于对垫板的平整性佳、尺寸公差小、切削容易、表面,以及钻屑细且粉,易于排屑等性能需求呼声越来越高,一些新型垫板不断涌现。近年还出现了盖板与垫板性能匹配提供客户的新趋势。产品性能、品种更凸显客户个性化要求。

 

3.4全球不同地区盖/垫板市场情况
        从世界生产PCB的国家、地区分布来看,盖垫板市场量最大的是中国大陆,它占世界总的盖板市场量的45%,为87.6百万平方米(见表3),销售额约为2.86亿美元(约合17.6亿元人民币)。中国大陆的垫板市需求量为43.5百万平方米,占世界总垫板市场需求量44.7%,销售额约为1.37亿美元(约合8.78亿元人民币)。中国大陆钻孔用盖垫板总共有约为26.0亿元(人民币)的市场规模。


表3  2014年不同地区PCB钻孔用盖垫板市场量

单位:百万平方米

地区

美国

欧洲

日本

中国

亚洲

(中日除外)

世界其它

总计

盖板

11.7

7.8

23.4

87.6

59.8

4.3

194.6

垫板

5.2

3.8

12.5

43.5

30.2

2.1

97.3

2014年盖板、垫板总计

16.9

11.6

35.9

131.1

90.0

6.4

291.8

 

        目前,全世界不同地区PCB钻孔用不同类型盖垫板需求量可以看到,每个地区使用的盖垫板在不同类型产品的需求存在着差异,这主要由于每个地区各种类型PCB板分布比例不同所致。 
        目前,在我国国内企业(包括在中国建立的外资企业)的PCB钻孔加工中,所用的盖板以采用铝片最多 (2014年约占国内市场的总盖板需求量的78.6%),其次是涂树脂铝盖板(2014年约占国内市场的总盖板需求量的12.3%)。在日本的PCB钻孔加工中,所用的盖板一般为铝片、涂树脂铝盖板、冷冲板,垫板达到90%以上是使用酚醛纸垫板;在韩国的PCB钻孔加工中,使用的盖板品种一般为铝片、涂树脂铝盖板、冷冲板为主,垫板使用蜜胺木垫板和酚醛纸垫板。在台湾,目前的PCB钻孔加工中,选用盖板铝片、涂树脂铝盖板、冷冲板为主,垫板主要使用酚醛纸垫板及少量蜜胺木垫板、木纤板。

 

3.5 中国大陆盖/垫板市场现况
        根据调查统计, 2014年中国大陆盖/垫板市场规模为1.311亿平方米,约占整个全世界市场需求量的44.9%。2010年~2014年的五年间,中国大陆盖/垫板市场需求量年平均增长率为6.3%。
        2014年中国大陆盖/垫板市场需求量,约有85% 为国内生产厂家(包括在中国建立的外资企业)所供应。中国的盖/垫板企业生产的产品,约有15~18%为出口。出口的主要是韩国、日本、欧洲(德国、法国、奥地利等)、美国。为此,我们可推算出,设在中国大陆盖/垫板厂家的年产量约为128.09百万平方米,创产值约为4亿美元(合人民币为24.7亿)。
        根据调查,目前(以2014年为例)国内的盖板使用品种主要是铝片,它约占78.6%。国内PCB业的垫板使用品种最多良的是木浆板,它约占56.8%(见图6)。

图6  中国大陆不同品种盖板、垫板需求比例情况

 

4.国内外盖/垫板厂家现况
        目前,境外生产PCB用盖/垫板厂家主要有:日本的三家生产规模较大的厂家利昌工业公司、三菱瓦斯化学公司、NIHON DECOLUXE公司;台湾主要有钜橡企业股份有限公司、欣岱实业股份有限公司、台山市中辰人造板科技有限公司等;印度的Golden Laminate公司,美国的Laminating Company of America(LCOA)公司,韩国有柳源公司。
       目前在国内的盖垫板生产厂家较多,但专业生产厂家并不多,而且规模不大。国内规模较大的厂家主要是深圳市柳鑫实业有限公司、哈尔滨中科电材制造有限公司、江阴市沪澄绝缘材料有限公司、广东中晨实业集团有限公司,另外还有深圳市东方鑫电子有限公司、深圳永昌德贸易有限公司、宜昌武星材料科技有限责任公司等一些中小型盖垫板生产企业。 
       国内最大的盖垫板生产企业是深圳市柳鑫实业股份有限公司,创立于1996年,是国内最早专业经营、生产PCB钻孔用辅助材料的大型企业之一。它在国内盖/垫板市场占有率达到15%左右,高档型盖/垫板在全球这类板总量的20~30%。目前该公司在深圳、山东烟台、江苏昆山设有生产、加工基地。2014年该公司盖垫板年销售额达到3.87亿元(见表4)。


表4  2010年~2014年深圳市柳鑫公司盖垫板销售额变化

单位:亿元

 

2010

2011

2012

2013

2014

盖垫板销售额

2.73

2.78

2.82

3.25

3.87

资料来源:CPCA发布的“中国印制电路行业排行榜 ”(2010年-2014年)


5.盖垫板行业面临的机遇与挑战
        印制电路板设计与制造的多层化、积层化、功能化、集成化和轻、薄、短、小的发展趋势,对印制电路板设计与制造提出了更多要求与挑战。PCB钻孔加工工序是印制电路板制造工序中不可缺少的一道重要工序。其加工品质不但影响成品板的电气连接、元器件的插件与定位等,还影响到成品板的测试、加工、应用的可靠性。
        近些年来,随着印制电路板技术和钻孔技术的提升需求,印制电路板制造厂家们不断加强印制电路板技术改进或升级,同时也加强了钻孔加工技术的提升研究。新购高转速的数控钻孔机、现有数控钻孔机的升级、优化钻孔参数及提高对钻头、盖/垫板等钻孔辅材的要求。受世界经济变化多端、人工成本增加、环保升级等因素影响,印制电路板用盖垫板利润在不断下滑,厂家们不得不纷纷加大生产成本降低的控制与管理。
        近些年来,随着钻孔技术的微孔化、高精度和高品质化、多元化发展升级,盖/垫板也面临了新的需求与挑战:
(1)低成本化
        印制电路板制造竞争激烈、环保升级、人工成本增加等,造成了制造利润的不断下滑,一些企业的生存空间深受影响,尤其一些利润低的中低端印制电路板生产厂家或代加工厂家,纷纷加大成本控制力度,提出了钻孔加工工序的成本降低,采取了诸多措施如提高钻孔效率、降低钻孔物料成本等。盖/垫板行业也面临印制电路板成本降低的要求。
(2)细分化、差异化
        诸多种类印制电路板的钻孔技术差异化、不同加工孔径和成本控制的需求,使得盖/垫板也出现了细分化,盖板出现了普通铝片、冷冲板、覆膜铝片等,其中覆膜铝片还有不同厚度、配方的搭配细分;垫板出现了木纤板、密胺板、酚醛板等,根据需求不同,还产生不同品质要求的垫板。
(3)功能化
        随着印制电路板技术发展,出现了多种类型印制电路板,不同类型印制电路板的规格、钻孔加工方式和要求、孔径等都存在差异;同时也随着钻孔技术和要求的提高,不同规格、订单、客户的钻孔技术和品质也存在差异,这些使得对盖/垫板提出了不同功能化的需求,如一些高厚径比板和厚铜板用的盖/垫板偏向于散热功能,一些高孔位精度要求的印制电路板用的盖/垫板偏向于提高孔位精度,一些大尺寸的厚板存在平整性不足的问题则需要能解决披锋问题的盖/垫板。亦如覆膜铝片根据需求的不同可分为高孔位精度型、高散热型、高润滑型、综合型等,据了解,国内一些公司还研发了散热与润滑型的垫板,钻咀清洁与散热型的真空垫板。
(4)配套方案化
        现在印制电路板的钻孔技术差异化、精细化越来越明显,成本控制也要求越来越高,其钻孔加工已不是简单的物料组合使用加工,而是钻针、盖/垫板、钻孔参数配套的优化组合。如HDI板增加叠板层数提高钻孔效率,则需要覆膜铝片与垫板配套;高频高速高多层板则需要散热型覆膜铝片与促排或散热型垫板搭配;厚铜板则需要散热型覆膜铝片与散热型垫板搭配。优化的盖/垫板搭配方案不仅有利于解决钻孔问题和提升钻孔品质,还能提高钻孔效率和降低成本,使得印制电路板钻孔加工的性价比大幅度提升。
        钻机技术的变革与发展,推动了盖垫板行业的变革与发展,而盖垫板行业的技术进步,也影响和提升了钻孔技术。覆膜铝片就是一个很好的例子,早些年三菱瓦斯开发了LE覆膜铝片,高昂而垄断的价格使得只被少数企业的少数印制电路板使用,虽然有着优异的钻孔性能,但其性价比及钻孔性能没有被广大印制电路板厂家所接受与认识。近几年来,国内外逐步有些企业也开发了各自覆膜铝片,如国内深圳柳鑫公司于2011年起自主研发了多款覆膜铝片(MVC),打破了国外覆膜铝片的垄断。
        不仅做大,更要做强,实现产品的升级换代,开拓更多的高端盖垫板产品,已成为是国内盖垫板生产企业的未来几年重要的努力课题。

 

参考文献
1.中国印制电路行业协会信息部.中国PCB专用材料企业的现状与发展调查--钻孔用盖垫板.CPCA网站.2013年
2.杨柳.PCB钻孔加工用盖垫板行业发展现状及特点.印制电路信息.2015年07期
3.张伦强.高频高速印制板钻孔技术提升研究.印制电路信息. 2015年03期
4.世界电子电路理事会WECC全球PCB市场分析报告.2013.
http://www.cpca.org.cn/show_news.
5.PRISMARK.ELECTRONICS AND PCB MARKET REVIEW ANDOUTLOOK. CPCA.March 17, 2015
6.PRISMARK.EXPANDING CHINESE PCB INDUSTRY AND GLOBAL MARKET UPDATE. 6.CPCA Shenzhen, China.July 27, 2015
7.张家亮.全球电路板市场的发展进入新常态--2014年全球电路板市场总结与未来发展预测.印制电路信息.2015年05期

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