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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/10/2016,#,基材詳解,基材原材料分類,基,本的特性參數(shù)及詳解,基材分類及選擇,基材原材料,PCB,板原材料,C,opper clad laminate board(CCL),preimpregnate,materials(PP),銅箔,樹脂（膠液）,玻,璃布纖維,玻,璃布纖維,壓延銅箔,電解銅箔,酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂，聚四氟乙烯，聚酰亞胺，三嗪和,/,或

2、馬來酰亞胺樹脂等,.,常用環(huán)氧樹脂。組成：樹脂，固化劑，固化溶濟，膠液劑，固化劑加速劑。,纖,維素紙，,E-,玻璃纖維布，聚芳酰胺纖維紙，,S-,纖,維布等。常用,E-,玻璃纖維,樹脂（膠液）,基材原材料生產(chǎn)流程,銅箔,按照銅箔的不同制法可分為壓延銅箔和電解銅箔兩大類。,（,1,）壓延銅箔是將銅板經(jīng)過多次重復輥軋而制成的原箔（也叫毛箔），根據(jù)要求進行粗化處理。由于壓延加工工藝的限制，其寬度很難滿足剛性覆銅板的要求，所以在剛性覆銅板上使用極少；由于壓延銅箔耐折性和彈性系數(shù)大于電解銅箔，故適于柔性覆銅箔上；,（,2,）電解銅箔是將銅先溶解制成溶液，再在專用的電解設備中將硫酸銅電解液在直流電的作用下

3、，電沉積而制成銅箔，然后根據(jù)要求對原箔進行表面處理、耐熱層處理和防氧化等一系列的表面處理。,樹脂,基板材料生產(chǎn)過程中，高分子樹脂（,Polymer Resin),是重要的原料之一。,主要功能是：作為銅箔與玻璃纖維布之間的粘合劑。,種類：根據(jù)不同類型的基板要求，可以采用不同的樹脂，常用的有：酚酫樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂，聚酯樹脂以及一些特殊樹脂如,PI,、,PTFE,、,BT,、,PPE,。,環(huán)氧玻纖布基板,（,FR-4,FR-5),（,1,）環(huán)氧玻纖布覆銅板強度高，耐熱性好，介電性好，基板通孔可金屬化，實現(xiàn)雙面和多層印刷層與層間的電路導通，環(huán)氧玻纖布覆銅板是覆銅板所有品質(zhì)中用途最廣、用

4、量最大的一類。廣泛用于移動通訊，數(shù)字電視，衛(wèi)星，雷達等產(chǎn)品中。在全世界各類覆銅板中，紙基覆銅板和環(huán)氧玻纖布覆銅板約占,92%,（,2,）在,NEMA,標準中，環(huán)氧玻纖布覆銅板有四種型號：,G10(,不組燃）、,G11(,保留熱強度，不阻燃）、,FR-4,（阻燃）、,FR-5(,保留熱強度，阻燃）。目前環(huán)氧玻纖布覆銅板中，,FR-4,板用量占,90%,以上，它已經(jīng)發(fā)展成為可適用于不同用途環(huán)氧玻纖布覆銅板的總稱；,半固化片存在方式：,（,1,）片狀：以張為單位，規(guī)格一般是,16,*,18 16,*,21 18,*,24 12,*,18,等標準尺寸。,（,2,）卷狀：以卷為單位，規(guī)格一般是,1.26

5、*200m/,卷，,1.26,*,300m/,卷，也有,1.26m*125,碼,/,卷，,1.26m*250,碼,/,卷等,1,碼,=0.9144,米,半固化片的特性參數(shù)（,一,）,RC,含量是如何影響,PCB,板？,層壓時，板邊溢膠會導致板邊介質(zhì)厚度較板中間薄，板邊與板中間介質(zhì)厚度差異受固化片含膠量影響，含膠量,越高，板邊與板中間厚度差越大，且板邊與板中間介質(zhì)層厚度差異還會導致板邊介電常數(shù)高于板中間。（？）,板邊介質(zhì)厚度小，介電常數(shù)偏大均會導致阻抗偏小。,A.,不同半固化片壓合后距板邊不同距離介質(zhì)厚度的情,況,：,B.,介電常數(shù)差,異情況,半固化片主要由樹脂和增強材料組成，其介電常數(shù)為各組分

6、的介電常數(shù)分別乘以體積比的和為總介電常數(shù)，可表示為：,Er=V1XE1+V2XE2,下圖實際測試板邊與板中間介電常數(shù),Dk,偏差。,C.,距板,邊,不,同距離,的阻抗測試結(jié),果,D,.,距板,邊,不,同距,離銅厚度差異,AMD,在,SCC,制板所使用主要板材中,Tg,（中,Tg135,高,Tg175):IT158,S1150G,Megtron-4,材料特性參數(shù)（二）,A,.,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,Tg,（,Glass Transition Temperature):,非晶聚合物有三種力學狀態(tài)，它們是玻璃態(tài)，高彈態(tài)和粘流態(tài)。在溫度較低時，材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會發(fā)生非常小的形變，

7、此狀態(tài)為玻璃態(tài)，當溫度繼續(xù)升高到一定范圍后，材料形變明顯增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間形變相對穩(wěn)定，為高彈態(tài)，當溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大，材料逐漸變成粘性的流體，此時形變不可能恢復，此狀態(tài)為粘流態(tài)。我們把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，它所對應的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫,度。目前用于玻璃化溫度測定的熱分析方法主要為差熱分,析（,DSC,）。以,DSC,為例，當溫度逐漸升高，通過高分子聚合物的,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,時，,DSC,曲線上的基線向吸熱方向移動（見圖）。圖中,A,點是開始偏離基線的點。將轉(zhuǎn)變前后的基線延長，兩線之間的垂直距離為階差,J,，在,J/2,處可以找到,C,點，,C,點所對

8、應的溫度值即為,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,Tg,。還有,動,態(tài)力學性能分析（,DMA,），熱機械分析（,TMA,），核磁共振法（,NMR,）等,.,層數(shù)多，厚度厚和面積大的高性能板，在焊接時，需要有更多的熱容量，才能保證焊接的可靠性，,否則采用常規(guī),PCB,的焊接溫度和焊接時間，會造成“虛焊”。而且使用無鉛爆料焊接時，焊接溫度,還會增加,20-30,，增加焊接時間。,B.,基材的熱分解溫,度,Td(,thermal,decomposition,temperature),:,它,表示印制板基材的熱分解溫度，是指基材,的樹,脂受熱失重,5,時的溫度，作為印制板的基材受熱引起分層和性能下降的標志,。常采用熱重

9、量分析法（,TGA,）來測量。,C.,熱膨脹系數(shù),CTE,(,Coefficient,of thermal,expansion),：,描述了一個,PCB,受熱或冷卻時膨,脹或收縮的,一個百分率,，其單位溫度上升之間引起的基板材料尺寸的線性變化。,PCB,在,X.Y,方向受玻璃布的鉗制，,CTE,不大，目前普便情況在,11-15,之間。主要關(guān)注的是板厚,Z,方向。,Z,軸,CTE,采用,熱,機分析法（,TMA,）來測量。,1-CTE,：,Tg,以,下熱,膨脹系數(shù),，,標準最高為,60ppm/,。,2-CTE,：,Tg,以上熱膨脹系,數(shù)，標準最高為,300ppm/.,CTE,對,PCB,的影響主要

10、表現(xiàn)在以下三個方面：,1,）對焊接可靠性的影響：,當焊錫，基材以及元器件,CTE,整體失配的情況下在焊接的過程中元器件的位置會發(fā)生移動，在熱環(huán)境作用下元器件越大影響越大。,膨脹失配主要取決于：,CTE,不匹配的差值，環(huán)境溫度的波動范圍以及膨脹位移,.,整體膨脹失配會對焊點產(chǎn)生循環(huán)應力并導致疲勞，從而使焊點失效特別是角部結(jié)合處焊點。另外引腳剛度越大，越會產(chǎn)生較大的應力，無引腳的連接形式剛性更大，長引腳可以通過自身材料的塑性變形調(diào)整形狀，所以熱膨脹失配導致的位移或變形不會直接傳遞到焊點，而表貼引腳是一種極限，會產(chǎn)生較大的膨脹失配情況。,2,）對層間對位度的影響：提高層間對準度,3,）對導通孔可靠性

11、的影響：避免引起孔壁斷裂,焊,盤剝離，內(nèi)層銅撕裂，樹脂凹縮。如下圖所示,CTE,降低導通孔的可靠性表現(xiàn)在以下方面,針對以上情況我們怎么解決？,1,）對材料的,CTE,進行協(xié)調(diào)來減小整體熱膨脹失配。基材，焊料和器件組合考慮，最優(yōu),CTE,差為,1-3ppm/,因為器件太多，只能對可靠性風險影響最大的元器件考慮。,2,）增加連接柔順性，對于表貼器件增加焊點厚度或者換成插件，減小引腳的潤濕長度來減小界面處應力。,3,）填充器件與基板之間的空隙。,4,）對過孔做,thermal relief,減少對孔壁的應力。,對于溫度變化太大的情況，比如每分鐘溫升,30,以上，即使完全匹配也會導致焊點失效,.,D.

12、,熱分層時間（,Time to Delamination):,分層時間為,CCL,耐熱性的一個重要性能指標，俗稱,T260/T288,，,T260/T288,表示,采用穩(wěn)定在,260,高溫條件下測,試,板,材的抗爆板時間。,T288,代,表最,高溫度為,288,采用熱分析法（,TMA,）來進行測試，觀察在強熱環(huán)境下能夠抵抗,Z,軸膨脹多久而不致裂開。,目,前中,Tg,以下標準是,T260 30,分鐘，,T288,是,5,分鐘。高,Tg,是,T260 30,分鐘，,T288 15,分鐘，,T300,為,2,分鐘。,E.,介,質(zhì),常數(shù),Dk(Dielectric Constant/Permitti

13、vity):,介,電常數(shù)是指每單位體積的絕緣物質(zhì)在每單位電位梯度下所能儲蓄靜,電能,量的多少，同義詞是電,容,率,（,Permittivity),，介電常數(shù)與電容的關(guān),系如下圖。,原,外加電,場（,真空中,）與,介質(zhì)中電場的比值即為相對介電常,數(shù),(,relative permittivity,或,dielectric constant,),又,稱誘電,率。介電常,數(shù)是相對介電常數(shù)與真空中絕對介電常數(shù),乘積。,D,k,為介質(zhì)常數(shù)，,A,為平行板上下重疊的面積，,d,為介質(zhì)厚度,介,電常數(shù)對,PCB,板性能有什么影響,？,1),介電常數(shù)與信號傳輸速度的關(guān),系：,C,為光速，,r,為有效相對介電常

14、數(shù)，從中可以看到介質(zhì)中信號的傳輸速度與,r,的平方根成反比。延伸出介電常數(shù)與信號沿微帶線和帶狀線的延時關(guān)系。從下圖的公式我們可以大概的計算出,PCB,走線在不同層面大概延時時間。,微帶線的傳輸延時簡化計算公式：,埋入式微帶線和帶狀線傳輸延時簡化公式,2,）介電常數(shù)與阻抗的關(guān)系,單微帶線介電常數(shù)與阻抗的簡化公式：,條,件：,B-(T+H),小于,0.05mm,0.1W/H3,0.1,15,單帶狀線介電常數(shù)與阻抗的簡化公式：,條件,:,W/H2,T/H,氰酸酯基,CEM-3,基材,G-10,基材,FR-4,和,PI,基材,環(huán)氧樹脂,/,芳酰胺纖維布基材,聚酯基材,.,測,試條件：,85/85%/5

15、0V-100V,條件下測試,1000,小時后保持絕緣電阻在,5X108,歐姆以上。,H,.,相對漏電起痕指數(shù),CTI,（,Comparative Tracking index,),材料,表面能,經(jīng)受住,50,滴,電解液,（,0.1%,氯化銨,水溶液）而沒有形成,漏電痕跡,的最高電壓值，單位為,V,。,聚合物絕緣材料有著特殊的電氣破壞現(xiàn)象，即聚合物絕緣材料表面在特定的條件下會發(fā)生電痕,劣化,現(xiàn)象，并且可以導致電痕破壞。電痕破壞是指當材料表面存在潮濕與污穢、電場足夠大時，表面將有漏電流產(chǎn)生，在電流的,焦耳熱,作用下，水分被蒸發(fā)，隨著材料表面,液膜,的分離形成的縫隙（稱為干燥帶）。在干燥帶形成瞬間液

16、膜間場強達到放電場強而導致,放電,，放電產(chǎn)生的熱量使材料表面局部,碳化,，由于碳化生成物的,導電率,高，此處的電場密度集中于該碳化部分，引起放電的重復發(fā)生，在其周圍產(chǎn)生更多的碳化物，形成碳化,導電,路，并向電極方向伸展，最終導致短路,。,基材特性（三）,A.,體積電阻率,(Volume Resistivity),體,積電阻率,，是,材料,每單位體積對電流的阻抗，用來表征材料的電性質(zhì)。通常,體積電阻率,越高,，,材,料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說的電阻率即為體積電阻,率，單位是歐姆,.,厘米。,B,.,表面電阻率,(Surface Resistivity),該,參數(shù)用于厚度一定的薄膜材料,其定義為表面上單位長度的直流壓降與單位寬度流過電流之比,.,單,位是歐姆。,C,.,介質(zhì)擊穿,(Dielectric Breakdown),加,在,電介質(zhì),上的,電場強度,超過某一臨界值時，電介質(zhì)的絕緣性能完全喪失的現(xiàn),象?；慕^緣性發(fā)生,不可逆的破壞，使絕緣擊穿的最低臨界電壓。,D.,耐電強度（,Electric,Strength),材,料在電場作用下,，發(fā)生擊穿時所,能承受最高的電場強度,: