PCB板材质介绍.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流PCB板材质介绍发表时间:2009-10-21PCB各种基板材介绍,分为:94HB,防火板(94VO,FR-1,FR-2),半玻纤(22F,CEM-1 ,CEM-3),全玻纤(FR-4)。FR-1:特 点 :1.无卤板材,有利於环境保护 2.高耐漏电起痕指数(600伏以上,需提 出特殊要求) 3.适合之冲孔温度爲4070 4.弓曲率、扭曲率小且稳定FR-2:特 点:耐漏电痕迹性优越(600V以上) 5.成本低而使用范围广 6.优异的耐湿、热性 7.适合之冲孔温度爲4070 8.弓曲率、扭曲率小且稳定 9.尺寸稳定性优越CEM-3:特 点:优异
2、机械加工性,可冲孔加工性 1.电性能与FR-4 相当,加工工艺与FR-4 相同,钻嘴磨损率比FR-4 小 2.多等级的耐漏电痕迹性(CTI 175V、CTI300V、CTI 600V) 3.符合IPC-4101A 的规范要求FR-4:特 点:无卤素,溴及氯元素含量小於0.09% Halogen-free, Br/Cl content below 0.09% 1.不含锑及红磷,燃烧时不残留有毒成分 Antimony and red phosphor free, Absence of highly toxic dioxins in burning exhaust gas 2.板料与KB-6160相
3、比更坚硬 Harder than KB-6160以下是产品型号: 纸覆铜面板KB-3152 FR-1是针对环境保护而开发的环保型不含卤素、不含锑的纸基酚醛树脂铜积层板,可以避免因燃烧板材含有卤素和锑时所产生的有毒物质及气体。具有高漏电指数(600伏以上),并且适用于低温冲孔作业。KB-3151S FR-1是针对使用高密度自动插件,晶片零件表面粘着技术等精密线路板之需求而开发的纸基酚醛树脂铜面积层板。具有优异的耐银迁移性和在潮湿环境下的电气性能。KB-3150/KB-3151是针对使用高密度自动插件,晶片零件表面粘着技术等精密线路板之需求而最新开发的纸基酚醛树脂铜面积层板。可具有高漏电指数(60
4、0伏以上),并且适用于低温冲孔作业。KB-3150 FR-1是针对开关面盒(如:琴键式开关、推置式开关)等精密元件而开发的纸基酚醛树脂绝缘积层板。具有优异的阻燃性能以及尺寸稳定性,并且适用于低温冲孔加工作业。KB-2151 FR-2是针对使用高密度自动插件、晶片零件表面粘着技术等精密线路板之需求而开发的纸基酚醛树脂铜面积层板。KB-2150G/2150GC FR-2是针对环境保护而开发的环保型不含卤素、不含锑的纸基酚醛树脂铜面积层板,可以避免因燃烧板材含有卤素和锑时所产生的有毒物质及气体。不但保持FR-2的良好性能,而且耐湿、热性优异。KB-150/1150/150D Unclad (ANSI
5、:XPC)是针对机械传动用精密元件之需求而开发的纸基酚醛树脂绝缘积层板。具有良好的耐湿、热性,并且适用于低温冲孔加工作业。KB-1150/KB-1151 ANSI XPC是纸基酚醛树脂铜积层板,具有良好的耐湿、热性,并且适用于低温冲孔加工作业。以下是产品型号: 玻璃纤维覆铜面板半固化片 FR-4建滔半固化片是在精确温度及重量控制下,将阻燃型环氧树脂浸渍的E级玻璃布固化到“B”阶段所得,使得在多层线路板的制造过程中具有稳定的流变特性。KB-7150 CEM-3是一种复合基覆铜箔板,可替代FR-4用于单/双面线路板,具有良好的加工性、金属化孔的可靠性和耐湿、热性。KB-6167 FR-4是一种环氧
6、玻璃布基覆铜板,它具有优良的耐热性和机械性能。可用做要求高密度及优良耐热性的印刷线路板。KB-6165 FR-4应用于电脑及周边设备、通讯设备、仪器仪表、办公自动设备等.KB-6164 FR-4是一种环氧玻璃布基覆铜板,具有KB-6160相同的性能及UV光阻挡功能,适合于制作具有UV阻挡及AOI功能的印刷线路板。KB-6162 FR-4是一种不含卤素,锑,红磷等有毒成分的环保型玻璃纤维布/环氧树脂基覆铜板,用于电脑、电脑周边设备、手提电话、摄像机、电视机、电子游戏机等。KB-6160/6160C FR-4是具有紫外线阻挡功能的环氧玻璃布基覆铜板,其他性能与 KB-6150 相当,适用于有双向同
7、时感光固化阻焊油墨(UV)和光学自动检查(AOI)要求的线路板上。KB-6150/6160 FR-4用于移动电话、计算机、检测设备、录像机、电视机、军用装备、导向系统等。KB-6150/6150C FR-4是一种环氧玻璃布基覆铜板,可用作单面/双面线路板和多层线路的苡板。具有良好的阻燃性能及尺寸稳定性。KB-6050/606X适应于多层板的压制.KB-5152(GB:22F)应用于显示器、录影机、电源基板、工业仪表、数码刻录机等.KB-5150 CEM-1是一种复合基的覆铜箔板,兼顾了纸基板的良好加工性和玻璃布基板的机械和介电性能,适用于高频及要求冲孔加工的线路板上。5.按耐漏电痕迹性高低的分
8、类基板材料的漏电痕迹是指电子产品在使用过程中,在PCB的线路表面间隔的位置上,由于长时间地受到尘粒的堆积、水分的结露等影响而形成碳化导电电路的痕迹,这种漏电痕迹的出现,会在施加了电压下,放出火花、造成绝缘性能的破坏。因此,覆铜板的耐漏电痕迹性是一个很重要的安全特性项目。特别是应用于高湿、外露、高压等恶劣条件下的PCB更有此方面的要求。耐漏电痕迹性,一般用相比起痕指数(Commparative Tracking Index简称CTI)来表示。IEC112标准中的对CTI指标的定义是:在实验过程中,材料受到50滴电解液(一般为0.1%的氯化铵水溶液)而没有出现漏电痕迹现象的最大电压值(一般以伏表示
9、)。IEC950还根据在上述实验条件下,基板所经受住的不同电压值,规定、划分出了基板材料的三个CTI的等级。即级(CTI=600V)、级(600VCTI=400V)、级(400VCTI=175V)。一种基板材料的%05 的等级越小,说明它的耐漏电痕迹性越高。PCB板材质介绍印刷电路板是以铜箔基板( Copper-clad Laminate 简称CCL )做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件,故从事电路板之上下游业者必须对基板有所了解:有那些种类的基板,它们是如何制造出来的,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的基板.表3.1简单列出不同基板的适用场合. 基板工业是一种材料
10、的基础工业, 是由介电层(树脂 Resin ,玻璃纤维 Glass fiber ),及高纯度的导体 (铜箔 Copper foil )二者所构成的复合材料( Composite material),其所牵涉的理论及实务不输于电路板本身的制作. 以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨.3.1介电层 3.1.1树脂 Resin 3.1.1.1前言 目前已使用于线路板之树脂类别很多,如酚醛树脂( Phonetic )、环氧树脂( Epoxy )、聚亚醯胺树脂( Polyamide )、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene,简称PTFE或称TEFLON),B一三氮树脂(Bisma
11、leimide Triazine 简称 BT )等皆为热固型的树脂(Thermosetted Plastic Resin).3.1.1.2 酚醛树脂 Phenolic Resin是人类最早开发成功而又商业化的聚合物.是由液态的酚(phenol)及液态的甲醛( formaldehyde 俗称formalin )两种便宜的化学品, 在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥( Crosslinkage )的连续反应而硬化成为固态的合成材料.其反应化学式见图3.1 1910 年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布纤维而做成一种坚硬强固,绝缘性又好的材料称为 Bakelite,俗名为电木板或尿素板. 美
12、国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 将不同的组合冠以不同的编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字列表,如表 NEMA 对于酚醛树脂板的分类及代码 表中纸质基板代字的第一个 X 是表示机械性用途,第二个 X 是表示可用电性用途. 第三个 X 是表示可用有无线电波及高湿度的场所. P 表示需要加热才能冲板子( Punchable ),否则材料会破裂, C 表示可以冷冲加工( cold punchable ),FR 表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃 (Flame Retardent) 或抗燃(Fl
13、ame resistance) 性. 纸质板中最畅销的是XXXPC及FR-2前者在温度25 以上,厚度在.062in以下就可以冲制成型很方便,后者的组合与前完全相同,只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性.以下介绍几个较常使用纸质基板及其特殊用途:A 常使用纸质基板 a. XPC Grade:通常应用在低电压、低电流不会引起火源的消费性电子产品, 如玩具、手提收音机、电话机、计算器、遥控器及钟表等等.UL94对XPC Grade 要求只须达到HB难燃等级即可. b. FR-1 Grade:电气性、难燃性优于XPC Grade,广泛使用于电流及电压比XPC Grade稍高的电器用品,如彩色电视机
14、、监视器、VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等.UL94要求FR-1难燃性有V-0、V-1与V-2不同等级,不过由于三种等级板材价位差异不大,而且考虑安全起见,目前电器界几乎全采用V-0级板材. c. FR-2 Grade:在与FR-1比较下,除电气性能要求稍高外,其它物性并没有特别之处,近年来在纸质基板业者努力研究改进FR-1技术,FR-1与FR-2的性质界线已渐模糊,FR-2等级板材在不久将来可能会在偏高价格因素下被FR-1 所取代.B. 其它特殊用途: a. 铜镀通孔用纸质基板 主要目的是计划取代部份物性要求并不高的FR-4板材,以便降低PCB的成 本. b. 银贯孔用纸质基板 时下最流
15、行取代部份物性要求并不很高的FR-4作通孔板材,就是银贯孔用纸质基板印刷电路板两面线路的导通,可直接借由印刷方式将银胶(Silver Paste) 涂布于孔壁上,经由高温硬化,即成为导通体,不像一般FR-4板材的铜镀通 孔,需经由活化、化学铜、电镀铜、锡铅等繁杂手续. b-1 基板材质 1) 尺寸安定性: 除要留意X、Y轴(纤维方向与横方向)外,更要注意Z轴(板材厚度方向),因热胀冷缩及加热减量因素容易造成银胶导体的断裂. 2) 电气与吸水性: 许多绝缘体在吸湿状态下,降低了绝缘性,以致提供金属在电位差趋动力下 发生移行的现象,FR-4在尺寸安性、电气性与吸水性方面都比FR-1及XPC 佳,所
16、以生产银贯孔印刷电路板时,要选用特制FR-1及XPC的纸质基板 .板材. b.-2 导体材质 1) 导体材质 银及碳墨贯孔印刷电路的导电方式是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内, 藉由微粒的接触来导电,而铜镀通孔印刷电路板,则是借由铜本身是连贯的 结晶体而产生非常顺畅的导电性. 2) 延展性: 铜镀通孔上的铜是一种连续性的结晶体,有非常良好的延展性,不会像银、 碳墨胶在热胀冷缩时,容易发生界面的分离而降低导电度. 3) 移行性: 银、铜都是金属材质,容易发性氧化、还原作用造成锈化及移行现象,因电位差的不同,银比铜在电位差趋动力下容易发生银迁移(Silver Migration). c. 碳墨贯孔(
17、Carbon Through Hole)用纸质基板. 碳墨胶油墨中的石墨不具有像银的移行特性,石墨所担当的角色仅仅是作简单的讯号传递者,所以PCB业界对积层板除了碳墨胶与基材的密着性、翘 曲度外,并没有特别要求.石墨因有良好的耐磨性,所以Carbon Paste最早期 是被应用来取代Key Pad及金手指上的镀金,而后延伸到扮演跳线功能.碳墨贯孔印刷电路板的负载电流通常设计的很低,所以业界大都采用XPC 等级,至于厚度方面,在考虑轻、薄、短、小与印刷贯孔性因素下,常通选用0.8、1.0或1.2mm厚板材. d. 室温冲孔用纸质基板 其特征是纸质基板表面温度约40以下,即可作Pitch为1.78
18、mm的IC密 集孔的冲模,孔间不会发生裂痕,并且以减低冲模时纸质基板冷却所造成线 路精准度的偏差,该类纸质基板非常适用于细线路及大面积的印刷电路板. e. 抗漏电压(Anti-Track)用纸质基板 人类的生活越趋精致,对物品的要求且也就越讲就短小轻薄,当印刷电路板的线路设计越密集,线距也就越小,且在高功能性的要求下,电流负载变大 了,那么线路间就容易因发生电弧破坏基材的绝缘性而造成漏电,纸质基板业界为解决该类问题,有供应采用特殊背胶的铜箔所制成的抗漏电压 用纸质基板2.1.2 环氧树脂 Epoxy Resin 是目前印刷线路板业用途最广的底材.在液态时称为清漆或称凡立水(Varnish) 或
19、称为 A-stage, 玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现黏着性而用于双面基板制作或多层板之压合用称 B-stage prepreg ,经此压合再硬化而无法回复之最终状态称为 C-stage.2.1.2.1传统环氧树脂的组成及其性质用于基板之环氧树脂之单体一向都是Bisphenol A 及Epichlorohydrin 用 dicy 做为架桥剂所形成的聚合物.为了通过燃性试验(Flammability test), 将上述仍在液态的树脂再与Tetrabromo-Bisphenol A 反应而成为最熟知FR-4 传统环氧树脂.现将产品之主要成份列于后: 单体 -Bisphenol A
20、, Epichlorohydrin 架桥剂(即硬化剂) -双氰 Dicyandiamide简称Dicy 速化剂 (Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine ( BDMA ) 及 2- Methylimidazole ( 2-MI ) 溶剂 -Ethylene glycol monomethy ether( EGMME ) Dimethy formamide (DMF) 及稀释剂 Acetone ,MEK. 填充剂(Additive) -碳酸钙、硅化物、 及氢氧化铝 或 化物等增加难燃效果. 填充剂可调整其Tg.A. 单体及低分子量之树脂 典型的传统树脂一般称为双功能的
21、环气树脂 ( Difunctional Epoxy Resin),见图3.2. 为了达到使用安全的目的,特于树脂的分子结构中加入溴原子,使产生部份碳溴之结合而呈现难燃的效果.也就是说当出现燃烧的条件或环境时,它要不容易被点燃,万一已点燃在燃烧环境消失后,能自己熄灭而不再继续延烧.见图3.3.此种难燃材炓在 NEMA 规范中称为 FR-4.(不含溴的树脂在 NEMA 规范中称为 G-10) 此种含溴环氧树脂的优点很多如介电常数很低,与铜箔的附着力很强,与玻璃纤维结合后之挠性强度很不错等.B. 架桥剂(硬化剂) 环氧树脂的架桥剂一向都是Dicey,它是一种隐性的 (latent) 催化剂 , 在高
22、温160之下才发挥其架桥作用,常温中很安定,故多层板 B-stage 的胶片才不致无法储存. 但 Dicey的缺点却也不少,第一是吸水性 (Hygroscopicity),第二个缺点是难溶性.溶不掉自然难以在液态树脂中发挥作用.早期的基板商并不了解下游电路板装配工业问题,那时的 dicey 磨的不是很细,其溶不掉的部份混在底材中,经长时间聚集的吸水后会发生针状的再结晶, 造成许多爆板的问题.当然现在的基板制造商都很清处它的严重性,因此已改善此点.C. 速化剂 用以加速 epoxy 与 dicey 之间的架桥反应, 最常用的有两种即BDMA 及 2-MI.D. Tg 玻璃态转化温度 高分子聚合物
23、因温度之逐渐上升导致其物理性质渐起变化,由常温时之无定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞度非常高,柔软如橡皮一般的另一种状态.传统 FR4 之 Tg 约在115-120之间,已被使用多年,但近年来由于电子产品各种性能要求愈来愈高,所以对材料的特性也要求日益严苛,如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性 ,尺寸安定性等都要求改进,以适应更广泛的用途, 而这些性质都与树脂的 Tg 有关, Tg 提高之后上述各种性质也都自然变好.例如 Tg 提高后, a.其耐热性增强, 使基板在 X 及 Y 方向的膨胀减少,使得板子在受热后铜线路与基材之间附着力不致减弱太多,使线路有较好的附着力.
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