6個PCB板材關(guān)鍵參數(shù)解讀，捷配為您詳解
- 2024-09-11 10:08:00
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PCB板材是指覆銅基板，是制造電路板的最主要材料。板材的一些關(guān)鍵性能參數(shù)對電路板的生產(chǎn)加工、元器件貼裝焊接、電子產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)以及產(chǎn)品的使用環(huán)境或壽命等都將產(chǎn)生一定程度的影響，所以掌握板材的關(guān)鍵參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中非常有必要，下面讓捷配為您詳解。
PCB板材的關(guān)鍵性能參數(shù)有十?dāng)?shù)項(xiàng)，可以分為3大類，分別是熱性能、電性能以及機(jī)械性能三類參數(shù)，這在捷配官網(wǎng)計(jì)價(jià)下單時(shí)也能看到每個板材的說明書，詳細(xì)描述了熱性能、電性能、機(jī)械性能。
A、熱性能參數(shù)：
1、Tg值（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）
2、Td值（熱分解溫度）
3、CTE值（熱膨脹系數(shù)）
4、T260 & T288值(耐熱裂時(shí)間)
5、熱應(yīng)力測試
6、可燃性（阻燃等級）
7、 RTI值（相對熱指數(shù)）
B、電性能參數(shù)：
1、表面電阻率
2、體積電阻率
3、電解質(zhì)擊穿電壓
4、耐電弧性
5、CTI值（相對漏電起痕指數(shù)）
6、Dk值（介電常數(shù)）
7、Df值（介質(zhì)損耗）
CAF性能（耐離子遷移性）
C、機(jī)械性能：
1、抗彎強(qiáng)度
2、剝離強(qiáng)度
3、吸水率
對于以上的板材關(guān)鍵參數(shù)，下面我逐一進(jìn)行解讀，為大家說明該參數(shù)的原來及對產(chǎn)品的影響，便于大家在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)選用匹配合適的材料。
Tg值，即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：
PCB板材的樹脂有三種力學(xué)狀態(tài)，分別是玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。
玻璃態(tài)：在低溫時(shí)材料為固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會發(fā)生非常小的變形，此狀態(tài)我們稱為玻璃態(tài)。
高彈態(tài)：當(dāng)溫度升高到一定范圍后，材料形變明顯增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間內(nèi)形變相對穩(wěn)定，此為高彈態(tài)。
粘流態(tài)：當(dāng)溫度繼續(xù)升高，材料形變量又逐漸增大，材料逐步變成粘性的流體，此時(shí)形變不可恢復(fù)，此狀態(tài)稱為粘流態(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(yīng)的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
目前用于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測定的方法有：差熱分析法（DSC）、動態(tài)力學(xué)性能分析法（DMA）、熱機(jī)械分析法（TMA）、核磁共振法（NMR）、動態(tài)介電分析法（DETA），目前主要采用的是差熱分析法（DSC）。
差示掃描量熱分析（Differential Scanning Calorimetry，簡稱DSC）。
DSC測試原理基于熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。
當(dāng)測試樣品與參比樣品發(fā)生相變或熱轉(zhuǎn)變（如玻璃化、融化、結(jié)晶等）時(shí)，將釋放或吸收熱量，導(dǎo)致樣品和參比的溫度發(fā)生變化。
DSC測試就是通過測量樣品與參比的溫差來記錄這種熱量的變化。
DSC儀器主要由樣品層、參比層、加熱層、溫控系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)組成。
樣品層和參比層分別裝有待測樣品和參比樣品，它們經(jīng)過精確稱量后放置在測量室內(nèi)，并通過加熱器進(jìn)行加熱。
溫控系統(tǒng)則負(fù)責(zé)控制加熱的溫度變化，通常采用恒定升溫速率的方式。測溫系統(tǒng)則通過熱電偶或熱電阻等傳感器，測量樣品與參比的溫差。
Tg值相對越高的板材，其耐高溫和抗形變能力越好，應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面。
在PCB生產(chǎn)過程中，Tg越高其變形量越小、尺寸穩(wěn)定性也越好，這對于高多層、高精度、高密度線路的PCB非常重要。
尺寸穩(wěn)定即意味著各層線路的圖形變形量更小，設(shè)計(jì)需要預(yù)留的位置精度冗余更小，布線的密度可以更高，因此可以實(shí)現(xiàn)PCB更加小型化和輕薄化；同時(shí)焊盤、孔的位置精度也更高，有利于焊接生產(chǎn)。
在焊接時(shí)，Tg越高其在高溫焊接時(shí)的耐熱性能越好，保證高性能板在焊接時(shí)具有較小或極小的形變，使SMD等引腳與板面焊盤之間形成較小的剪切應(yīng)力和拉應(yīng)力、提高焊點(diǎn)質(zhì)量（或均勻一致性），提高組裝可靠性。
Td值，基材的熱分解溫度：
它表示電路板板材的熱分解溫度，是指板材的樹脂受熱失重5%時(shí)的溫度，作為印制電路板的基材受熱引起分層或性能下降的標(biāo)志?，F(xiàn)廠采用熱重量分析法（TGA）來測量。
當(dāng)板材加熱到超過其Td溫度時(shí)，板材的樹脂分子鏈將遭到破壞，造成不可逆轉(zhuǎn)的性能下降，這是一項(xiàng)指導(dǎo)板材使用的重要參數(shù)，以下是常用板材的熱分解溫度范圍。
在采用回流焊或波峰焊生產(chǎn)時(shí)，通常實(shí)際焊接溫度在210~240℃，遠(yuǎn)低于板材的熱分解溫度，所以正常焊接的情況下非常安全，不會對板材造成任何損傷。
CTE值，熱膨脹系數(shù)：
CTE是衡量基材耐熱性能的又一重要指標(biāo)，它是指材料受熱后在單位溫度內(nèi)尺寸變化的比率，以每攝氏度變化百萬分之幾表示 (PPM)，基材的CTE在X、Y方向和Z方向不同。目前主要采用熱機(jī)分析法（TMA）來測量。
X, Y 方向熱膨脹系數(shù)是板材水平方向的熱膨脹系數(shù)，是表征水平方向的變形量，主要是對PCB生產(chǎn)中各層線路圖形變形量、焊盤及孔位置精度產(chǎn)生影響，此外在焊接時(shí)會因變成產(chǎn)生剪切或拉應(yīng)力。
X, Y 方向熱膨脹系數(shù)一般表示的是在30~130℃溫度范圍內(nèi)的尺寸變化率。
還有另外一種表示方式,即基板從50℃等速升到260℃條件時(shí)的X, Y方向的尺寸變化率。
但是在水平方向上由于樹脂被其中作為增強(qiáng)材料玻璃布的牽制, 在環(huán)境溫度提高,樹脂產(chǎn)生形變時(shí), 覆銅板的X, Y 方向熱膨脹系數(shù)都表現(xiàn)得變化不太明顯，目前普遍情況在11~15ppm/℃。
Z方向熱膨脹系數(shù)是板材厚度方向的膨脹系數(shù)，表征厚度方向的變形量，
板材受熱膨脹后由于樹脂的膨脹尺寸大于孔壁的銅層膨脹尺寸, 對孔壁銅層產(chǎn)生拉伸應(yīng)力,會影響金屬化孔的質(zhì)量。
Z 方向熱膨脹系數(shù)是在升高溫度 50~260℃的條件下, 測量Z方向的總膨脹尺寸變化率。
由于溫度在基材 Tg 以下，與達(dá)到 Tg及以上變化率表現(xiàn)出很大的差別，因此, 一般將厚度方向 (Z方向) 的熱膨脹系數(shù)分為在Tg溫度點(diǎn)以下和Tg溫度點(diǎn)以上，通常Tg溫度點(diǎn)以上的熱膨脹系數(shù)是Tg溫度點(diǎn)以下的5~6倍。
不同品牌、不同樹脂體系、不同Tg的板材都有所差異，但相差不大，一般Tg點(diǎn)以下要求≤60ppm/℃，Tg點(diǎn)以上要求≤300ppm/℃，目前實(shí)際情況是FR-4板材Tg點(diǎn)以下在40~60ppm/℃，Tg點(diǎn)以上在200~300ppm/℃。
T260，T288：
這是PCB上的一個重要參數(shù)，它是采用TMA法將板材逐步加熱到260℃、288℃定點(diǎn)溫度，然后觀察PCB在此強(qiáng)熱環(huán)境中，能夠抵抗Z軸膨脹多久而不致裂開，此種忍耐時(shí)間即定義為耐熱裂時(shí)間。
耐熱裂時(shí)間是一個非?？陀^且非常實(shí)用的評價(jià)板材耐熱性能的參數(shù)，設(shè)計(jì)人員在選擇、判斷板材好壞時(shí)參考耐熱裂時(shí)間比Tg值更為貼切。
熱應(yīng)力測試：
物體內(nèi)部溫度變化時(shí)，只要物體不能自由伸縮，或其內(nèi)部彼此約束，則在物體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力稱之為熱應(yīng)力。
組成PCB的材料包括樹脂、玻璃纖維布、銅箔、化學(xué)鍍銅層、電鍍銅層、阻焊油墨，這些材料的熱膨脹系數(shù)各不相同，有些相差極大，溫度變化時(shí)必然產(chǎn)生熱應(yīng)力。
熱應(yīng)力測試是模擬焊接過程的極限焊接條件下，基材或PCB在焊接過程中，經(jīng)過高低溫變化后受到熱應(yīng)力作用是否破壞材料結(jié)構(gòu)性能。
目前常采用的測試方法是把常溫樣品浮于288℃焊錫槽液面，保持10 +1/-0秒，自然冷卻至室溫，然后檢查有無板材有無分層、起泡、露織物、白斑、碎裂或空洞等。
可燃性：
指材料可耐燃燒程度等級。目前廣泛采用的是UL94燃燒性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。由UL機(jī)構(gòu)（美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)所Underwrite Laboratories Inc.）制訂。
UL94共12個防火等級：HB，V0,V1,V-2,5VA,5VB,VTM-0,VTM-1,VTM-2,HBF,HF1,HF2。其中VTM-0、VTM-1、VTM-2適用于塑料薄膜，HBF、HF1、HF2斯適用于發(fā)泡材料。
塑料阻燃等級由HB、V-2、V-1向V-0逐級遞增，我們PCB適用此標(biāo)準(zhǔn)。
UL94HB為水平燃燒測試，UL94V為垂直燃燒測試
試樣要求：125mm×13mm×原厚（最大不超過13mm),94HB至少6根，94V至少20根。
由于UL94燃燒性試驗(yàn)的方法和評定標(biāo)準(zhǔn)較為復(fù)雜，為了便于理解掌握，以下對評定標(biāo)準(zhǔn)做一個簡要介紹。
UL94HB級評定：
厚度在3.0-13mm的試樣的燃燒速率不大于40mm/min；
或厚度小于3.0mm的試樣的然燒速率不大于75mm/min,
或在100mm標(biāo)線前熄滅。
UL94V級評定：
V-0:對樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在10秒內(nèi)熄滅。不能有燃燒物掉下。
V-1:對樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在30秒內(nèi)熄滅。不能引燃30cm下方的藥棉。
V-2:對樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在30秒內(nèi)熄滅?？梢砸?0cm下方的藥棉。
關(guān)于捷配：
杭州捷配信息科技有限公司成立于 2015 年，是一家致力于打造 ECMS 電子產(chǎn)業(yè)協(xié)同制造超級工廠的平臺型高新技術(shù)企業(yè)?？偛吭O(shè)立于杭州，聚焦于 PCB 和 PCBA 制造服務(wù)，主要為消費(fèi)電子、汽車電子、通訊設(shè)備、工業(yè)控制、儀器儀表、智能終端等相關(guān)行業(yè)提供一站式服務(wù)。
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