評估 PCB 基材質量的相關參數(shù)主要有玻璃化轉變溫度 Tg,熱膨脹系數(shù) CTE、PCB 分解溫度 Td、耐熱性、電氣性能、PCB 吸水率。
玻璃化轉變溫度(Tg)
聚合物在某一溫度之下,基材又硬又脆,稱玻璃態(tài):在這個溫度之上,基材變軟,機械強度明顯變低。這種決定材料性能的臨界溫度稱作玻璃化轉變溫度Tg。
Tg 溫度過低,高溫下會使PCB變形,損壞元器件。選擇基板材料一般要求:
1.Tg 應高于電路工作溫度;
2.無鉛工藝要求高Tg(Tg ≥ 170℃)。
熱膨脹系數(shù)(CTE)
CTE 定量描述材料受熱后膨脹的程度。
CTE 定義:環(huán)境溫度每升高1℃,單位長度的材料所伸長的長度,單位為10-6/℃。
計算公式:
α1 = Δl/(l0ΔT)式中,α1 為熱膨脹系數(shù);l0 為升溫前原始長度;Δl 為升溫后伸長的長度;ΔT 為升溫后前的溫差。SMT 要求低 CTE。無鉛焊接由于焊接溫度高,要求 PCB 材料具有更低的熱膨脹系數(shù)。特別是多層 PCB,其 Z 方向的 CTE 對金屬化孔的鍍層耐焊接性影響很大。尤其在多次焊接或返修時,經過多次膨脹、收縮,會造成金屬化孔鍍層斷裂,如圖1-1所示。金鑒實驗室采用專業(yè)設備,可精確測量材料在不同方向的CTE,為客戶評估層壓板與鍍孔結構的可靠性提供數(shù)據(jù)支持。
PCB分解溫度(Td)
Td 是樹脂的物理和化學分解溫度。
Td 是指當 PCB 加熱到其質量減少5% 時的溫度。圖1-2(a)是兩種 Tg 溫度都是 175℃ 的 FR-4,但它們的 Td 溫度不同。傳統(tǒng)的PCB分解溫度 Td 為300℃,無鉛則要求更高的Td(340℃)。因此,建議無鉛 PCB 的 Td 應當是指質量減少2%的溫度。當焊接溫度超過 Td 時,會由于化學鏈接的斷裂而損壞 PCB 基材,造成不可逆轉的降級。圖1-2(b)是超過 Td 溫度損壞層壓基板結構的例子。
耐熱性
PCB的耐熱性通常通過其在特定高溫條件下的保持時間進行評估,如t260、t288、t300等指標,分別表示在260℃、288℃、300℃環(huán)境下材料至分層或起泡的時間。該性能直接關系到板件在SMT二次回流、返修及長期高溫工作環(huán)境下的結構完整性。SMT要求二次回流 PCB 不變形。
1.傳統(tǒng)有鉛工藝要求:t260℃≥50s2.無鉛要求更高的耐熱性:t260℃>30min;t288℃>15min;t300℃>2min
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