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【金鉴出品】评估 PCB 基材质量的相关参数 发布时间:2017-05-27

评估 PCB 基材质量的相关参数主要有玻璃化转变温度 Tg,热膨胀系数 CTE、PCB 分解温度 Td、耐热性、电气性能、PCB 吸水率。

1. 玻璃化转变温度Tg
聚合物在某一温度之下,基材又硬又脆,称玻璃态:在这个温度之上,基材变软,机械强度明显变低。这种决定材料性能的临界温度称做玻璃化转变温度Tg。


Tg 温度过低,高温下会使PCB变形,损坏元器件。选择基板材料一般要求:
(1)Tg 应高于电路工作温度;
(2)无铅工艺要求高Tg(Tg ≥ 170℃)。

2.热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion,CTE)
CTE 定量描述材料受热后膨胀的程度。
CTE 定义:环境温度每升高1℃,单位长度的材料所伸长的长度,单位为10-6/℃。
计算公式:

α1 = Δl/(l0ΔT)

式中,α1 为热膨胀系数;l0 为升温前原始长度;Δl 为升温后伸长的长度;ΔT 为升温后前的温差。


SMT 要求低 CTE。无铅焊接由于焊接温度高,要求 PCB 材料具有更低的热膨胀系数。特别是多层 PCB,其 Z 方向的 CTE 对金属化孔的镀层耐焊接性影响很大。尤其在多次焊接或返修时,经过多次膨胀、收缩,会造成金属化孔镀层断裂,如图1-1所示。


        

(a)金属化孔镀层断裂示意图                       (b)金属化孔镀层断裂示例


图 1-1  金属化孔镀层断裂


3.PCB分解温度(Td)
Td 是树脂的物理和化学分解温度。Td 是指当 PCB 加热到其质量减少5% 时的温度。图1-2(a)是两种 Tg 温度都是 175℃ 的 FR-4,但它们的 Td 温度不同。传统的PCB分解温度 Td 为300℃,无铅则要求更高的Td(340℃)。因此,建议无铅 PCB 的 Td 应当是指质量减少2%的温度。当焊接温度超过 Td 时,会由于化学链接的断裂而损坏 PCB 基材,造成不可逆转的降级。图1-2(b)是超过 Td 温度损坏层压基板结构的例子。


  

(a)两种 Tg =175℃的FR-4,其Td 温度不同      (b)超过 Td 温度损坏层压基板结构的例子


图 1-2  Td 温度及超过 Td 温度损坏层压基板结构示例


4.耐热性
SMT要求二次回流 PCB 不变形
(1)传统有铅工艺要求:t260℃≥50s
(2)无铅要求更高的耐热性:t260℃>30min;t288℃>15min;t300℃>2min





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