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PCB板材CCL特性说明CTI&CAF&Df&Dk&Tg&TGA&CTE&TD&抗撕强度&吸湿率&介质崩溃,弯曲强度&抗电强度


板材特性說明

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Contents CTI比較性漏電起痕指數 比較性漏電起痕指數 CAF陽極性玻纖絲漏電 陽極性玻纖絲漏電 Disspation Factor(Df) 散失因子 Dielectric Constant(Dk) 介質常數 無鉛銲錫相關的重要板子特性 Tg 玻璃態轉化溫度 TGA

熱重量分析法 CTE熱膨脹係數 熱膨脹係數 熱裂時間 其它板材特性 Q&A
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CTI比較性漏電起痕指數 比較性漏電起痕指數
CTI (Comparative tracking index)通常是針對一般家電用品 或其它 通常是針對一般家電用品,或其它 通常是針對一般家電用品 的高電壓的電器產品所規定的品質項目,因此 並未將其納入, 的高電壓的電器產品所規定的品質項目 因此IPC-4101並未將其納入 因此 並未將其納入 反而是國際電工委員會(IEC)以將其納入 以將其納入IEC-STD-112中.其主要目的是 其主要目的是, 反而是國際電工委員會 以將其納入 中 其主要目的是 模擬完工電路板在使用環境中遭到污染,導致板面線路間產生漏電短路 模擬完工電路板在使用環境中遭到污染 導致板面線路間產生漏電短路, 導致板面線路間產生漏電短路 且發生發熱燒焦的情況 CTI數值是指基材表面在在經過測試後 沒有形成漏電起痕的最高電壓 數值是指基材表面在在經過測試後,沒有形成漏電起痕的最高電壓 數值是指基材表面在在經過測試後 值 UL和IEC根據絕緣材料的 和 根據絕緣材料的CTI狀況 將其劃分為 個和 個等級 如下表 等 狀況,將其劃分為 個和4個等級 如下表,等 根據絕緣材料的 狀況 將其劃分為6個和 個等級,如下表 級號碼越小,表示能夠承受的電壓也越高 對於 級號碼越小 表示能夠承受的電壓也越高,對於 表示能夠承受的電壓也越高 對於PCB製作的線間距也可 製作的線間距也可 較小. 較小

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CTI比較性漏電起痕指數 比較性漏電起痕指數
其測試方法為在裸基板的板面上,在相距 的兩點,在 度的方向將 其測試方法為在裸基板的板面上 在相距4mm的兩點 在60度的方向將 在相距 的兩點 電極以100g的力量刺入板材 電極尖端之錐度為 度,刺入後在兩點之 的力量刺入板材.電極尖端之錐度為 電極以 的力量刺入板材 電極尖端之錐度為30度 刺入後在兩點之 間不斷滴下0.1%的氯化銨溶液 每30秒1滴, 並通入高電壓 的氯化銨溶液,每 秒 滴 並通入高電壓100-600V之 間不斷滴下 的氯化銨溶液 之 交流電進行測試.可先用 並使用1安培的電流 交流電進行測試 可先用300V,並使用 安培的電流 因為板面以有氯化 可先用 並使用 安培的電流.因為板面以有氯化 故通電會產生電阻而發熱,逐漸使的溶液蒸發掉 銨,故通電會產生電阻而發熱 逐漸使的溶液蒸發掉 於是又續滴下溶液 故通電會產生電阻而發熱 逐漸使的溶液蒸發掉,於是又續滴下溶液 直到50滴時 看板材本身會不會漏電 一旦絕緣板出現0.1A的漏電 並超 的漏電,並超 直到 滴時,看板材本身會不會漏電 一旦絕緣板出現 滴時 看板材本身會不會漏電.一旦絕緣板出現 的漏電 過0.5秒時 即紀錄為failure , 測試儀器也會自動記錄下故障時,已經滴 秒時,即紀錄為 測試儀器也會自動記錄下故障時 已經滴 秒時 即紀錄為 下的總滴數. 下的總滴數

圖意示試測 圖意示試測 圖意示試測 圖意示試測

CTI

° ° ° °

口液試 口液試 口液試 口液試
60 4mm 30-40mm

極電 極電 極電 極電
4

板試測 板試測 板試測 板試測

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CTI比較性漏電起痕指數 比較性漏電起痕指數
UL Type
等級 level 4 數值 100-174
EM220(5)

台光

南亞

台燿 TU-662 TU-752

聯茂

松電工

NELCO

ISOLA

生益

NP-140 NP-170 NP-180

TU-622-5 TU-722

IT-140 IT-180 IT-140G IT-158 IT-180A

N4000-13

FR406 370HR IS410

S1000

EM-320 level 3 175-249 EM-825 EM-827 level 2 level 1 250-400 400-600

NPG EM-280A R-1566

實例說明:若客戶要求板材 等級高,我們由上述測試方法可 實例說明 若客戶要求板材CTI Level 等級高 我們由上述測試方法可 若客戶要求板材 測試是針對PCB表面 進行抗環境中遭到污染的能力 故可只於外 表面,進行抗環境中遭到污染的能力 知,CTI測試是針對 測試是針對 表面 進行抗環境中遭到污染的能力,故可只於外 層中使用高CTI Level 等級 的材料 以節省成本 的材料,以節省成本 以節省成本. 層中使用高

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CTI比較性漏電起痕指數 比較性漏電起痕指數

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CTI比較性漏電起痕指數 比較性漏電起痕指數

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CAF陽極性玻纖絲漏電 原因說明 陽極性玻纖絲漏電-原因說明 陽極性玻纖絲漏電
由於PCB及銅箔基板之絕緣層由樹脂與玻璃布所構成 陽極性玻纖絲 及銅箔基板之絕緣層由樹脂與玻璃布所構成, 由於 及銅箔基板之絕緣層由樹脂與玻璃布所構成 漏電(CAF :Conductive Anodic Filament)是指樹脂與玻璃布之間的 樹脂與玻璃布 漏電 )是指樹脂與玻璃布之間的 附著力不足,或含浸時親膠性不良,兩者之間出現間隙( 附著力不足,或含浸時親膠性不良,兩者之間出現間隙(Gap)後, ) 又在偏壓驅動之下,使得銅鹽獲得可移動的路徑後,沿著玻璃纖維遷 又在偏壓驅動之下,使得銅鹽獲得可移動的路徑後, 移形成的,這會在相鄰的導體間産生內部的電氣短路, 移形成的,這會在相鄰的導體間産生內部的電氣短路,這對高密度電 路板的設計來說是一個嚴重的問題 .

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CAF陽極性玻纖絲漏電 原因說明 陽極性玻纖絲漏電-原因說明 陽極性玻纖絲漏電
當在高溫 離子和 當在高溫高溼的環境下,水氣與板子表面離子和無機物質結合時,生成 的環境下 水氣與板子表面離子 無機物質結合時 小型的電解液。這個電解液和電子電壓的出現形成了一個小型的電鍍 的電解 這個電解液和電子電壓的出現形成了一個小型的電鍍 出銅鹽的沈積物 沈積物,並 槽,其中的金屬 離子就從陽極遷移到陰極,生長出銅鹽的沈積物 並 其中的金屬Cu離子就從陽極遷移到陰 金屬 離子就從陽極遷移到 向著陽極方向生長。 向著陽極方向生長

Anode Cathode

Cu → Cu n+ + n e – H2O → ? O2 ↑ + 2 H + + 2 e – H2O + e - → ? H2 ↑ + OH – Cu n+ + n e - → Cu

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CAF陽極性玻纖絲漏電 原因說明 陽極性玻纖絲漏電-原因說明 陽極性玻纖絲漏電
Hole to hole

Hole to trace

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CAF陽極性玻纖絲漏電 測試方式 陽極性玻纖絲漏電-測試方式 陽極性玻纖絲漏電
IPC-TM-650 2.6.25 有敘述測試方式,但目前基板廠,一般還是以日系廠 述測試方式 但 基板廠 一般 是以日系廠 一般還 商的檢測標準來進行測試 標準來進行測試. 來進行測試

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CAF陽極性玻纖絲漏電 測試方式 陽極性玻纖絲漏電-測試方式 陽極性玻纖絲漏電
CAF的測試 由於其箱內之 放置 試驗非常耗時,故其試驗成本自然很 的測試,由於其 內之“放置 驗非常 放置”試 故其試驗成本自然很 的測試 由於其箱 廠商提供Anti-CAF的保證書,以面對 貴。一般PCB業者只好要求基板廠商提供 一般 業者只好要求基板廠商提供 的保證書, 客戶。臺灣基板商所使用與日 式溫濕箱偏壓試 客戶。臺灣基板商所使用與日本業者同型的on-line式溫濕箱偏壓試驗 基板 同型的 式溫濕箱偏壓試驗 進行長 紀錄。 機與電腦控制部分,可對CAF Growth進行長時間之 與電腦控制部分,可對 腦控制部分 進行 時間之on-line紀錄。 紀錄

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CAF陽極性玻纖絲漏電 測試方式 陽極性玻纖絲漏電-測試方式 陽極性玻纖絲漏電
Precondiction: 40℃ , 90% RH , 96 hr , Pass O/S TEST ℃ Chamber Condition : 85℃ , 85% RH , 50V-100V ℃ Test pattern : 孔間距 0.3mm , 孔徑0.4mm Test Result : Pass 1000 HR (Resistance > 1.0E+06)

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CAF陽極性玻纖絲漏電 測試方式 陽極性玻纖絲漏電-測試方式 陽極性玻纖絲漏電

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CAF陽極性玻纖絲漏電 產生原因 陽極性玻纖絲漏電-產生原因 陽極性玻纖絲漏電
CAF發生的主要原因 發生的主要原 發生的主要 A.基板不良 基板不良 1.玻纖束之表面矽烷處理層有問題;如耦合性不佳,無法協助樹脂與 玻纖束之表面矽烷處理層有問題; 耦合性不佳 玻纖 矽烷處理層有問題 性不 協助樹脂與 玻璃克服其 問題。 玻璃克服其CTE的差異問題。 克服 的差異問題 2.樹脂本身純度不良或吸水率較高。 樹脂本身純度不良或吸水率較高。 樹脂本身 吸水率較高 3.樹脂之硬化劑不良;如Dicy極性高 容易吸水 故易產生絕緣性不良。 樹脂之硬 極性高,容易吸水 樹脂之 不良; 極性高 容易吸水,故 產生絕緣性不良。 4.銅箔積線起伏太大,使直接采壓在同玻線束的機會增加,形成線與 銅箔積線起伏太大,使直接采壓在同玻線束 增加, 銅箔 伏太大 接采壓在 線或線到孔 線或線到孔産生CAF之病因。 之 5膠片含浸中行進速度太快;常使得玻璃束中應有的膠量尚未全數充實 膠 含浸中行進速 太快;常使得玻璃束 有的膠量尚 填飽, 成氣泡殘存。 填飽,造成氣泡殘存。 泡殘存 6.基板壓合不良,使玻纖束中之氣泡難以全數趕光。 基板壓合不良,使玻纖束中之氣泡難以 基板壓 泡難 趕光。

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CAF陽極性玻纖絲漏電 產生原因 陽極性玻纖絲漏電-產生原因 陽極性玻纖絲漏電
B.電路板制程不良: .電路板制程不良: 制程不良 1.PCB制程之鑽孔太過粗糙,造成玻纖束被拉鬆或分離而出現Gap. 制程之鑽孔太過粗糙, 成玻纖束被拉鬆或分離而出現 制程 束被拉鬆或分 2.PCB制程之PTH中的 制程之 中的Desmear過度,或化學銅浸入玻纖束發生燈芯 過度, 制程 中的 過度 或化學銅浸入玻纖束發生燈芯 效應( 效應(Wicking)等。 ) C.PCBA後制程或後續使用 後制程或後續使用 環境多次高低溫度 由於CTE (玻璃布 玻璃布5環境多次高低溫度變化(Thermal Cycling)中,由於 多次 ) 玻璃布 6ppm , 樹脂 前40-50ppm,Tg後290-380ppm)之差異 導致板材持續 樹脂Tg前 導致板材持 後 之差異,導致板材 劣化所致。 化所致。

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CAF陽極性玻纖絲漏電 解決方案 陽極性玻纖絲漏電-解決方案 陽極性玻纖絲漏電
形成的主要原 吸水, 由前可知CAF Growth形成的主要原因是板材吸水,玻纖與樹脂介面 可知 形成的主要 因是板材吸水 玻纖與樹脂介 附著力較弱 以及 制程不良等 改善之 徑也就是針對這三 附著力較弱,以及PCB制程不良等,故其改善之途徑也就是針對這三 制程不良等,故其改善 大方向而採取的行動,現分述於下: 方向而採取的行動,現分述於下: 採取的行動 A.減少吸水性 減少吸水性 減少吸水 最有效的方法就是將 最有效的方法就是將FR-4原有的硬化劑Dicy換成Phenal Navalac,如 原有的硬 換 如 此可使FR-4板材的吸水率由0.4%左右降到0.2%左右 板材的吸水率由 左右降到 左右. 此可使 板材的吸水率 左右降 左右

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CAF陽極性玻纖絲漏電 解決方案 陽極性玻纖絲漏電-解決方案 陽極性玻纖絲漏電
B.增強介面之接著力,減少在水氣中之劣化各種程度 增強介面之接著力 減少 減少在 氣中之劣 各種程度 增強介面之 1.選擇良好的矽烷耦合劑,以加強玻纖之親膠性 協助樹脂與玻璃克服其 選擇良 玻纖之親膠性,協助樹脂與玻璃克服 選擇 矽烷耦合劑 以加強玻纖之親膠性 協助樹脂與玻璃克服其 CTE的差異. 的差異 2增加膠含量,減緩膠片含浸進的移動速度,以加強樹脂滲入玻纖的能力 增加膠含量 減緩 樹脂滲 增加膠含量 減緩膠 含浸進的移動速 以加強樹脂 入玻纖的能力. 3採用開纖的玻璃布,使液態樹脂更容易滲入玻纖紗束中. 採 使液態 更容易滲入玻纖紗束中 纖的玻璃布 使液 樹脂更容易滲入玻纖紗束 4.採用綾線較低(Low Profile)之銅箔 減少直接采壓玻纖紗中的機會. 採 之銅箔,減少 壓玻纖紗 線較低 之銅箔 減少直接采壓玻纖 中的機 C. PCB制程不良 制程不良 制程 1.使用新鑽針、控制孔限或確認鑽孔參數,以減少孔壁粗糙度. 使用新鑽針 控制孔限或確認鑽孔參數 以減少孔壁粗糙度 使用新鑽 2.控制 控制Desmear的參數及品質 以避免因Desmear過度 造成燈蕊效應 過度,造 燈蕊效應. 控制 的 數及品質,以避免因 過度

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Dissipation Factor(Df) 散失因子
此詞最簡單直接了當的定義是“訊號線中已漏失到絕緣板材中的能量, 簡單直接了當的定義 訊號線中已漏失到絕緣板材中的能量, 當的定 對尚存在訊號線中能量之比值”。 尚存在 號線中能量之比 。 當此詞 用於 號之高速傳輸 指數位邏輯領域 與高頻傳播 用於訊 速傳輸( 位邏輯領域) 頻傳播( 當此詞Df用於訊號之高速傳輸(指數位邏輯領域)與高頻傳播(指RF 射頻領域) 資訊與通訊業中 尚另有 個常見 同義字, 損失因 射頻領域)等資訊與通訊業中,尚另有三個常見的同義字,如損失因 與通訊業 損失( ),以及 素(Loss Factor)、介質損失(Dielectric Loss),以及 損失正切 ) ), Loss Tangent(日文稱為損失正切)等三種不同說法的出現,其實內 (日文稱為損失正切) 三種不 說法的出現, 涵並無不同。

虛數
ε ε” ε’

實數
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Dissipation Factor(Df) 散失因子
基板材料的散失 吸收波長的 當PCB基板材料的散失因子越大,介質層吸收波長的損失就越大.在高 基板材料的散失因 介質層吸收波長 損失就越 在高 頻下這種關係就更明顯地表現出來 它直接影響著高頻傳播信號的效率 下這種關係就更明顯地表現出來,它直接影響著高頻傳播信號的效率, 種關係就更 表現出來 它直接影響著高頻傳播信號的效率 可由下面公式可知 可由下面公式可知 公式 PL = k * f * Df PL 信號傳播損失 k 常數 f 頻率 Df 散失因素 散失因

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Dissipation Factor(Df) 散失因子
高頻訊號之能量,在傳輸過程中常會發生各種不當的損失,其一是往 頻訊號之能量, 傳輸過 中常會發生各種不當的損失,其一是往 號之能量 各種不當的損失 是在導體中發熱的損 介質板材中漏失,稱為Dielectric Loss。其二是在導體中發熱的損 質板材中漏失 。 失, 是形成電磁波往空氣中損失稱 磁波往空氣中損失稱為 稱為Conductor Loss。其三是形成電磁波往空氣中損失稱為 。 Radiation Loss。前者可改用Df較低的板材製作高頻電路板,以減少 。 者可改 較 的板材製作高頻電路板, 損失。 於導體之損失, 損失。至於導體之損失,則可另以壓延銅箔或低稜線線銅箔,取代明 損失 以壓延銅箔或低稜線線銅箔,取代明 低稜線線銅箔 顯柱狀結晶的粗糙ED Foil ,以因應不可避免的集膚效應 顯柱狀結晶的粗糙 以因應不可避免的 避免 (Skin Effect)。 ) ),並導之於 接地層 而輻射損失則需另加遮蔽(Shielding),並導之於 接地層”的零電位 輻射損失則需另加遮蔽( ),並導之於“接地 的 中,以消除可能的後患。一般行動電話手機板上,做為區隔用途的圍 消除可能的後患 一般行動電話手機板上, 可能的後 話手機板上 區隔用 鎳金之寬條), 眾多接地用的圍牆孔( 用的圍牆孔 ),即 牆(即鍍化鎳金之寬條 ,其眾多接地用的圍牆孔(Fence Hole),即 即 ), 可將組裝後金鐘罩所攔下的電磁波,消彌之於接地中,而不致於傷害 可將組裝後金鐘罩所 下的電磁波,消彌之於接地中 而不致於傷害 組裝 磁波 之於接地 到使用者的腦袋。 到使用者的腦袋。 腦袋
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Dissipation Factor(Df) 散失因子 材料使用 散失因子-材料使用
1.對訊號欲從板面往空中飛出的產品而言(天線),板材 要愈低愈好, 對 欲從板面往空中 出的產品而言 天 ,板材Df要愈低愈好, 板面往空 例如800MHz時最好不要超過0.01。否則將對射頻(RF)的通訊 時最好不要超過 將對射頻 例如 時最 。否則將對射頻( )的通訊 (信)產品具有不良影響。且頻率愈高時,板材的Df要愈小才行。正 產品具有不良影響。 頻率愈高時,板材的 要 影響 高時 如同飛機要起飛時,其滑行的跑道一定要非常堅硬,才不致造成能量 同飛機要起飛 要起 行的跑道一定要非 堅硬, 不致造 跑道一定要 的無法發揮。 法發揮 實例:廠內料號 產品型態 型態為 的產品,客戶指定使用 實例 廠內料號06AAC084 產品型態為WIMAX的產品 客戶指定使用物料 的產品 客戶指定使用物 Nelco4000-13,其主要的原因就是此物料df值為 其主要的原 是此物 值為0.008, 較一般的lead 較一般的 其主要的 值為 free物料df值 0.015 低的許多,經客戶表示 此產品的天線效率表現的比 物 經客戶表示,此產品的 表現的比 值 經客戶表示 此產品的天 效率表現的 使用其他 料來優 後來由於爆板問題,客戶 客戶嘗 使用其他物料來優越. 但後來由於爆板問題 客戶嘗試接受使用其它的 值即是主要原 物料時,但客戶不接受使用 料時 但客戶不接受使用RCC, 其df值即是主要原因. 值即是主要
N e lc o 4 0 0 0 -1 3 Df 值 0 .0 0 8 FR4 TU662 0 .0 1 5 RCC 0 .0 2 5
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Dissipation Factor(Df) 散失因子 材料使用 散失因子-材料使用
2.高頻用板 高 當電路板而言 當 度越快 訊 損失在基板中的 例也跟 變大,為 在基板中的比 當電路板而言,當傳送的速度越快,訊號損失在基板中的比例也跟著變大 為 使用低散失 在高頻 產品中, 了達到信號傳播高速度的目的,使用低散失因子的材料 在高頻微波產品中 傳播高 度的目的 使用低散失因 的材料,在高 也相對越來越重要. 也相對越來越重要 Nelco-13(0.008) Nelco-12 0.012

5 Ghz

10 Ghz

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Dielectric Constant(Dk) 介質常數
介質在外加電場時會產生感應電荷而削弱電場,原外加電場(真空中) 質在外加 時會產生感 真 與最終 質中電場 值即為介值常數 與最終介質中電場比值即為介值常數. 日文稱為 ),由 此詞另有同義字“容電率”( Permittivity日文稱為誘電率),由字面 詞另有同義字 容 ( 日文稱 上可體會到與電容 關係與含 上可體會到與電容(Capacitance)之間的關係與含義。當多層板絕 )之間的關係與含義 緣板材之“容 即表示訊號線中的傳輸能量已有不少被 傳輸能量已有不少被蓄 緣板材之 容電率”較大時,即表示訊號線中的傳輸能量已有不少被蓄 較 之品質不佳 傳播速率的 容板材中,如此將造成“訊號完整性” 之品質不佳,與傳播速率的減 板材中,如此將造 訊號完整 慢。換言之即表示已有部分傳輸能量被不當浪費或容存在介質材料中 換言之即表示已有部分傳輸能量被不當浪費或容存在 之即表示已有部分傳輸能量 浪費 愈低者 其對訊 了。是故絕緣材料的“介質常數 (或容電率)愈低者,其對訊號傳輸 是故絕緣材料的 介質常數”( 的品質才 更好。 前各種板材中以鐵氟龍( ),在 的品質才會更好。目前各種板材中以鐵氟龍(PTFE),在1 MHz頻率 板材中以鐵氟龍 ), 頻率 下所測得介質常數的 為最 為最好 下所測得介質常數的2.5為最好,FR-4約為4.7. 約 現行的IPC-4101以及 以及IEC-326 業界重要的銅箔基板(CCL)規範,現行的 重要的銅箔基板( ) 以及 而不再說成Dk了 而國內業者知道 等,均已改稱為Permittivity 而不再說成 了。然而國內業者知道 改稱為 來的Dk也 εr的人並不多,甚至連原來的 也多誤稱為“介電常數 的 並不多 介電常數”.
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Dielectric Constant(Dk) 介質常數
),還 詮釋如下 如下: 介質常數(Dk),還可以電容的觀點詳加詮釋如下: 質常數( ), 可以電容 其訊號線層與大地層兩平行金屬板之間,夾有絕緣介質(即膠片之玻纖 號線層與大地層兩平 金屬板之間, 有絕緣介 大地層兩 板之間 即膠片 與環氧樹脂) 與環氧樹脂)時,在訊號傳輸工作中(也有很小的電流通過)將會出現 傳輸工作中(也有很小的電流通過) 工作中 如下: 一種電容器(Capacitor)的效應,其公式如下: ) 效應, 公式如下

D

D

號線寬與線長 由式中可知其電容量的多寡,與上下重疊之面積A(即訊號線寬與線長之 中可知其電容量的多 與上下重疊之面積 ( 成反比 乘積)及介質常數Dk成正比,而與其間的介質厚度d成反比。 質常數 成正比,而與其間的介 成反
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Dielectric Constant(Dk) 介質常數
上述“容 質常數)太大時 傳播( 上述 容電率”(即介質常數)太大時,所造成訊號傳播(輸)速率變 ( 程式加以說明 以說明: 慢的效果,可利用下面的 方程式加以說明: Vp(傳播速率)=C(光速)∕√εr(周遭介質之相對容電率) (傳播速率) 質之相對容 (光速) ( ),此即說明了空氣中的電 此式若用在空氣之場合時(εr=1),此即說明了空氣中的電波速率 若用在空氣之場 = ),此即說明了空氣中的電波速率 等於光速。 當一般多層板面上訊號線中傳輸“方波訊號 時 等於光速。但當一般多層板面上訊號線中傳輸 方波訊號”時(可視為 光速 傳輸 板材與綠漆 速率自 電磁波),須將FR-4板材與綠漆的εr(Dk)代入上式,其速率自然 磁波),須 ), 板材與綠漆的 ( ) 入上式 會比在空氣中慢了許多,且εr愈高時其速率會愈慢。 氣中慢 愈高時其速率會 速率

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Dielectric Constant(Dk) 介質常數
正如同高速公路上若有大量污泥存在時,其車速之部份能量會被吸 速公路上若有大量污泥 在時, 路上若有 之部份能量會被吸 收,車速也會隨之變慢。還可換一種想像來加以說明,如在彈簧路面 也會隨 想像來 以說明,如在彈簧路面 彈簧 上跑步時,其速度自然不如正常路面來得快,原因當然還是部份能量 度自然不如正常路面來得快 因當然還是部份 然還是部 抑抵的重要性 的重要性了 被浪費在彈跳上了。由此可知板材的εr要儘量抑抵的重要性了,且還 浪費在彈跳上 由此可知板材的ε 要 要在溫 不斷提 要在溫度變化中具有穩定性,方不致影響 時脈速率 不斷提高下的訊 化中具 定性,方不致影響“時 速率”不斷 高下的訊 影響 號品質。 號品質。 不過若專業生產電容器時,則材料之εr反而要越高越好,而陶瓷之 不過若專 生產電容器時, 材料之ε 反而要越高越好 陶瓷之 反而要越高越 常在100以上正是容器的理想良材。 以上正 器的理 良材。 εr常在 常在 以上

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影響基板介質常數的要素
基板材料的介 增強材料 基板材料的介質常數是由樹脂 & 增強材料 & Filler 所組成,因此基板材 因此基板材 料的介質常數 可 用如下的公式來進行計算 公式來進行計 料的介質常數Er可利用如下的公式來進行計算 Er = ER*VR + EG*VG + EF*VF ER:樹脂的介值常數 樹脂的介 樹脂的 EG:玻布的介值常數 玻布的介 玻布的 EF:filler的介值常數 的
增強材料 介質常數 E 玻璃 6.6

VR;介質層中樹脂所佔的體積百分比 質層中樹脂所佔的體積 VG;介質層中玻璃布所佔的體積百分比 質層中玻璃布所佔的體積 VF;介質層中 質層中filler所佔的體積百分比 所 的體積
D 玻璃 4.1 Q 玻璃 3.9 NL 玻璃 4.4

3.5

樹脂 介質常數 tanδ

FR4 4.66 0.015

PI 4.2 0.008

CE 3.8 0.006

PPE(PPO ) 3.6 0.0025

PTFE 2.6 0.001
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Dk & Df量測方式 量測方式
Equipment LCR Meter, 1M-1.8GHz Qty 1 MFG HP Model 4291B Function Dk & Df

LCR Meter 電感、電容、電阻分析儀 電阻分析

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Dk & Df量測方式 量測方式
微波誘電(介電)分析儀: 主要是利 來進行Dk & Df的量測 主要是利用微波頻率能高達100Ghz的特性,來進行 波頻率能高達 能高 的 來進行 的量測

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板材特性說明

無鉛銲錫相關的重要板子特性
Lead Free組裝通用的焊料錫銀銅合金(SAC),其熔點、熔焊 組裝通用的 ),其 組裝通用的焊 錫銀銅合金( ), Reflow)溫度、波焊(Wave Soldering)溫度分別較錫鉛合金高 ) 合金高 ) 度分別 錫鉛合金 15℃?35℃以上,幾乎是目前 FR-4板材耐熱的極限。再加上重工的考 ℃ 是目前 板材耐 上重工的考 ℃以上,幾乎是目 板材 熱的極限 量,以現有板材因應無鉛製程存在相當的風險。 以現有板材因應無鉛 程存在相當的風險。 應無 在相當的風險 基板材料之委員會, 有鑑於此,美國電路板協會(IPC)乃成立基板材料之委員會,針對 於此, 國電路板協 ) 無鉛製程的要求訂定新規範。然而,無鉛時代面臨產業上、下游供應 的要求訂 鏈的重新洗牌,委員會各成員基於其所代表公司利益的考量,不得不 的重新洗牌,委員會各成員基於其所代 司利益的 作若干妥協 最後協 出的版 作若干妥協。最後協調出的版本,似乎儘能達到最低標準。因此,即 干妥 似乎儘能 到最低標準。因此, 低標準 並不代表實務面不會發生問題,使用者仍 使通過 IPC規範,並不代表實務面不會發生問題,使用者仍需根據自 規 身的需 仔細研判。 身的需求仔細研判。

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無鉛銲錫相關的重要板子特性
個重要參 新版IPC-4101B而言,有幾個重要參數: 而

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Tg 玻璃態轉化溫度
樹脂會因溫度的升 樹脂會因溫度的升降,而造成其物性的變化。當其在常溫時,通常會 成其物性的變 當其在常溫 呈現一種脆硬玻璃狀固体;但當在高溫時卻將轉變成為一種如同橡膠 現一種 玻璃狀固体; 當在高溫 固体 成為一種 狀的彈 由常溫 玻璃 , 玻璃態 性明顯 狀的彈性固體(Elastomer)。這種由常溫“玻璃態”,轉變成物性明顯不 。 狹窄之溫變過度區域, 過度區域 玻璃態 同的高溫“橡膠態”過程中,其狹窄之溫變過度區域,特稱為“玻璃態轉 的高溫 橡 過 玻璃 化溫度” Glass Transition Temperature ;可簡寫成Tg。此種狀態 。 “轉換”的溫度帶雖非樹脂的熔點,但卻可明顯看出橡膠態的熱脹係數 轉 的 帶雖非樹脂的熔 可明顯看出橡 的熱脹 (CTE)要高於玻璃態的5或6倍。凡板材的Tg不夠高時,在高溫的強烈Z 要高於玻璃態 或 倍 板材的 不夠高時,在高溫 要高於玻璃 不夠高時 膨脹應力下,可能會造 的斷裂 膨脹應力下,可能會造成PTH孔銅壁的斷裂。 孔

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Tg 玻璃態轉化溫度
較高的板材, 由眾多實務經驗可知,一般而言Tg較高的板材,其熱脹係數(CTE)較 眾多實 可知,一般而言 較高的板材 其熱脹 較 低,耐熱性良好,硬挺性亦佳,板材之尺度安定性佳,且吸濕率亦較 熱性良好 板材之尺度安定性佳 吸濕率亦 低,耐化性提升,各種電性性能亦較好,且不易出現白點白斑等缺 化性提 各種電性性能亦 電性性能 且不易出現白 白斑等 點。故一般業者常要求板材在成本範圍內,須儘量提高其Tg,以減少 故一般業者常要求板材在成本範 須儘量 高其 , 製程的變異與板材品質的不穩。 變異與板材品質的不穩 與板材品質的不 的測定的方法很多 差異也 但由於Tg的測定的方法很多,而且所得數據之差異也頗大。常用之測 由於 的測定的方法很多,而且所得數據之差異 試法有DSC、TMA及DMA等三種,現說明如下: 試法有 、 及 等三種,現說明如下:

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Tg 玻璃態轉化溫度
DSC係指Differential Scanning Calorimeter (示差掃瞄卡計),是在 係 示 掃瞄卡計 , 量測升 中板材之 熱 量測升溫中板材之“熱容量”變化(即Heat flow變化)。係在其變化最大 變 即 變 。 在其變化最大 的斜率處,以切線方式找出居中值即可。本法由於板材升溫中,其熱 率處, 線方式 中值即可。本法由於板材升 測定的靈敏度較差 容量變化並不大,故對Tg測定的靈敏度較差。 化並不大 故對 測定的靈敏度較

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Tg 玻璃態轉化溫度
DMA係指Dynamic Mechanical Analysis (動態熱機械分析法),是檢 係 動 , 黏彈性 方面的數據, 測升溫中聚合物在“黏彈性變化”方面的數據,或量測升溫中板材在硬 合物在 黏彈 方面的數據 或量測升 中板材在硬 方面的變 靈敏度最 度最好 三種方法中測值較高 挺性(Stiffness)方面的變化。其靈敏度最好,是三種方法中測值較高 方面的 的一種 測值為145℃,DSC約為150℃,而DMA則 的一種(如同樣品之TMA測值為 測值為 ℃ 約 ℃ 則 約為165℃)。 ℃

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Tg 玻璃態轉化溫度
TMA係指Thermal Mechanical Analysis(熱機械分析法),是量測升 係 熱 ,是量測升 通常樣 度在50mil以上者,本 以上者, 溫中板材“熱脹係數”(CTE)的變化。通常樣板厚度在 中板材 熱 的 以上者 法測試之準確度要比 法測試之準確度要比DSC法更好。 準確度要 法更好。

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TGA 熱重量分析法
熱重量分析 熱重量分析法(Thermal Gravity Analysis ,TGA)係指將樣品置於一受 係指將樣 控制的環境下給予一可控制的 後量測其重量隨時間或溫 控制的環境下給予一可控制的溫度程式, 然後量測其重量隨時間或溫度 的環境下給予一可控制 程式 法將樹脂加 而變化的回應. TGA法將樹脂加熱失重5%,測得之溫度即為裂解溫度 化的回 法將樹脂 ,測得之溫度即為裂解溫度 Td。Td為基材是否能通過無鉛焊接之重要指標。 。 為基材是 能通過無鉛焊接之重要指標 為基材是否

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CTE熱膨脹係數 熱膨脹係數
CTE為熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion)的簡稱。 為熱膨脹係 為熱膨脹 ) 簡稱。 PCB在X.Y.方向受到有玻纖布的鉗制,以致 在 方向受到有玻纖布的鉗 以致CTE不大,約在 方向受到有玻纖布的 不 12?15ppm/℃ 左右。但板厚Z方向在無拘束下將擴大為 ? 方向在無 下將擴 ℃ 左右。 方向在 55?60ppm/℃。Z軸CTE採「熱機分析法」(Thermal Mechanical ? ℃ 軸 採 Analysis簡稱 簡稱TMA)量測板材 以內的熱膨脹係數(α1-CTE),及 以內的熱膨脹 ),及 簡稱 )量測板材Tg以內的熱膨脹係 ), Tg以上的熱膨脹係數(α2-CTE)。目前α1-CTE之上限為 以上的熱膨脹係 之上限 以上的熱膨脹 ) 之上 60ppm/℃,而α2-CTE之上限為300ppm/℃。其中α2-CTE更受重 ℃ 之上限 ℃ 其中α 更 之上 視。 耐熱裂時間(T260、T288、T300) 時間( 、 、 ) 法將板材逐步 熱到260℃、288℃,或300℃之定點溫 乃是以TMA法將板材逐步加熱到 是以 法將板材逐 ℃ ℃ ℃之定點溫 軸膨脹多 而不致裂 度,然後觀察板材在此強熱環境中,能夠抵抗Z軸膨脹多久而不致裂 觀察板材在此強熱環境中,能夠抵 板材在此 軸膨脹 開,此種忍耐時間即定義為「耐裂時間」。目前新版IPC暫定一般 忍耐時間即定義 時間即定 耐裂時間」 時間 暫 Tg:T260為30分鐘、T288為5分鐘,Mid Tg:T260為30分鐘、T288 : 為 分 為 分 : 為 分 為5分鐘,High Tg:T260為30分鐘、T288為15分鐘、T300為2分 分 : 為 分 為 分 為 分 鐘。
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CTE熱膨脹係數 熱膨脹係數

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其它板材特性:Peel Strength抗撕強度 其它板材特性 抗撕強度
是指銅箔對基材板的附著力或固著力而言 常以每吋 度銅箔垂 是指銅箔對基材板的附著力或固著力而言,常以每吋寬度銅箔垂直撕 起所需的力量做為表達單位。這當然 起所需的力量做為表達單位。這當然不僅量測原板材的到貨情形,也 量測原板材的到貨情形, 還要模擬電路板製程的高溫環境,熱應力,濕製程化學槽液等的各種 要模擬電路板製程的高溫環境, 學槽液等的各種 液等的 折磨,以及耐 折磨,以及耐溶劑的考驗,然後檢視其銅箔附著力是否發生劣化. 其銅箔附著力是否發生劣

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其它板材特性:Volume/Surface Resistivity 体積/表面電阻率 表面電阻率
主要是量測板材本身的絕緣品質, 電阻值 為其量化標準 電阻值”為其量化標準. 主要是量測板材本身的絕緣品質,以“電阻值 為其量化標準 表示法,即 ℃ 放置96小時 之環境置 依在 C-96/35/90(ASTM表示法 即35℃,90%RH,放置 小時 之環境置 表示法 放置 小時)之環境 進行量測;除 還需放置在 量測其電阻率 放後,進行量測 除此外還需放置在125℃的高溫中後 量測其電阻率讀值. 進行量測 此外還需放置 ℃的高溫中後,量測其電阻 量測D1及 即為體 電阻率 量測D1與 即為表面電阻 即為體積 即為表面電阻率 量測 及D3即為體積電阻率 , 量測 與D5即為表面電阻率.

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其它板材特性:Moisture Absorption 吸濕率 其它板材特性
變差,且由於 板子若吸濕率高,會造成板子的絕緣性變差 且由於水的dk高達75,若吸 吸濕率高 會 成板子的絕緣性變差 且由於水 高 若 頻訊號的傳輸; 吸了水的板材 濕會使的板材的dk值變高,不利於高頻訊號的傳輸 而且吸了水的板材 會使的板材的 值 不 於高頻訊號的傳輸 而且吸了水 遇到瞬間高溫焊接或噴鍚時,容易產生爆板的品質問題,這就是對基 間高溫 噴鍚時 容易產生爆板的品質問題, 產生 材板嚴格要求吸水率夠 材板嚴格要求吸水率夠低的三種主要原因。 吸水率 三種主要原 主要 方法去 至於測試方法,則應按IPC-TM-650手冊之2.6.2.1方法去進行。其做法 於測試方法,則應按 手 方法 進行。 邊四面 要用400號砂紙小心磨平,再將兩 是裁取2吋X2吋的樣板,板邊四面都要用 吋 吋 號砂紙小心磨平, 面銅箔蝕刻掉,洗淨後放置在105℃-110℃烤箱中烘烤1小時,取出後 面銅箔蝕刻掉 洗淨後放置在 ℃ ℃ 烘烤 小時, 蝕刻 小時 吸水實 於乾燥皿中冷到室溫,再精稱其重量到0.1mg。之後的吸水實驗也很 乾燥皿中 再精稱其重量到 。之後的吸水 簡單,即將樣板浸在 ℃ ℃的蒸餾 小時。 出後立 擦乾並 簡單,即將樣板浸在23℃±1℃的蒸餾水中24小時。取出後立即擦乾並 小時 立即精秤即可。 精秤即可。 即可

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其它板材特性:Dielectric Breakdown介質崩潰 其它板材特性 介質崩潰
其試驗法為取無銅箔之樣板其大小為 吋 吋 厚度在30.5mil以上 , 以上), 其試驗法為取無銅箔之樣板其大小為3吋 X2吋(厚度在 取無銅箔之 以上 沿其板長方向的中心線上, 出相距 吋而直徑各 沿其板長方向的中心線上,鑽出相距1吋而直徑各為188mil的穿孔兩 的 接地極 , 個,並分別插入兩錐狀電極(其一為高電壓極,其二為接地極),然後 並分別插入兩錐狀電極 其一為高電壓極 別插入兩錐狀電極 其一為高電壓極, 之方式 連以電纜一同浸於絕緣油槽中。再以每秒調升 以電纜 浸於絕緣油 以每秒調升500V之方式逐漸升高測 調升 之方 逐漸升 試電壓,仔細觀察所發生之崩潰的情形,且記錄其三個數據及求平均 試電壓,仔細觀察所發生之崩潰的情形,且記錄其三個數據及求平均 所發生之崩潰的情形 值。但若並未出現崩潰時,即以其可調之最高電壓值為紀錄 若並未出現崩潰時 即以其可調 崩潰

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其它板材特性:彎曲強度 其它板材特性 彎曲強度(Flexural strength) 彎曲強度
此特性是指基材板所在承受多少重量之下,而尚不致折斷的機械強 性是指基材板所在承受多少重量之下, 多少重量之下 不致折斷的機 度。也就是說做成電路板後,可以承載多少元件而不變形的能力。口 是說做成電路板後,可以承載多少元件而不變形的能力。 元件而不 語上似可說成“抗彎強度”或“抗彎能力 。板材若在本項之品質良好 可說成 抗 或 抗 能力”。板材若在本項之品質良好 時,其板彎板翹也就低了。 其板彎 就低了。 彎曲強 的試 方法,可 的試驗 此“彎曲強度”的試驗方法 可按IPC-TM-650之2.4.4法 去做,該法指出 彎曲 之 法 本項目是針對厚板而做 而 板與薄板的分界 ),故 本項目是針對厚板而做,而厚板與薄板的分界是0.79mm(31mil),故 ( ), 知此種基板硬挺性品質是針對31mil以上的厚板而言。 知此種基板硬 性品質是針對 以上的厚板而言 以上的

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其它板材特性:彎曲強度 其它板材特性 彎曲強度(Flexural strength) 彎曲強度
主要為測試基板抗折的能力 實際 實際做 很簡單,是將板材自底面以“兩 主要為測試基板抗折的能力,實際做法很簡單,是將板材自底面以 兩 支撐, 面的中央 固 度的重頭 用力向下壓 上述試驗 用力向下壓。 桿”支撐,再自頂面的中央以“固定寬度的重頭”用力向下壓。上述試驗 支撐 均須呈現 表面, 板外緣亦須 機之支撐桿上緣與下壓重頭之下緣,均須呈現圓弧表面,樣板外緣亦須 支撐桿上緣與下壓重頭之下緣 均須呈 圓弧表面 上緣與下壓重 保持平整,不可出現缺口撕口等 保持平整,不可出現缺口撕口等。試驗要一直用力壓下直到樣板斷裂 平整 缺口撕口 要一直用力壓下直到樣板斷裂 板面積換 壓力強 為止。所得數據以“磅”或“公斤”為單位,再按樣板面積換算成“壓力強 所得數據以 磅 或 公 為單位,再按樣板面積換算 壓力 度”的PSI或Kg/M2,做為允收規格。 的 或 ,

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其它板材特性:Modulus in Bending(Flexural 其它板材特性 Modules )彎曲彈性係數 彎曲彈性係數
將基板試片彎曲時 測法如彎曲強 ,在其彈 測法如彎曲 單位變形量 將基板試片彎曲時(測法如彎曲強度),在其彈性範圍內,單位變形量 所產生之彎曲應 一般彈 表示該 所產生之彎曲應力稱為試片之彎曲彈性率, 一般彈性率越大,表示該 彎曲 為試片 彎曲彈性 基板材料之剛性越好 越不容易板彎翹. 越不容易 基板材料之剛性越好,越不容易板彎翹 楊氏模量 是表示在弹 材料抗拉 楊氏模量(Young‘s modulus)是表示在弹性限度内物质材料抗拉或抗 模量 是表示在 壓的物理量 壓的物理量。 物理 前者表示弯曲,後者表示拉壓。 者表示弯 後者表示拉

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其它板材特性:Electric Strength抗電強度 其它板材特性 抗電強度
量測板材在Z方向抵抗高電壓的能力。本項品質之衡 量測板材在 方向抵抗高電壓的能力。本項品質之衡量,是將已發生打 方向 是將已發生打 穿(Failure)之直流電壓實測數據,除以板厚所得數據之 )之直流電壓實測數據, 以板厚所得數據之volt/mil或 或 volt/mm為單位。此項試驗只針對薄板(31mil以下)而做,實驗須按 為單位。此項試驗只針對薄 以下) 以下 IPC-TM-650之2.5.6.2法去進行。 之 法 進行。

Electrode Laminate Electrode

Breaker High Volotage Source

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參考文件
CAF 的測試奧秘 : Bob Neves 的測試奧秘 Halogen-free Fr4 material : 台光 ITEQ 2007介紹 :聯茂 介 聯茂 Lead_Free_對_PCB_業之衝擊 萬海威 對 業 衝擊: 銅箔基板品質術 銅箔基板品質術語之詮釋 : 白蓉生

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Q&A
Q: 有一個 的料號 若客戶於規格書中 有要求物料 有一個8L的料號 若客戶於規格書中,有要求物料 的料號,若客戶於規格書中 有要求物料CTI 的UL 等級為1時 是否每層 是否每層PP及 等級都需符合UL 等 等級為 時,是否每層 及core的CEI等級都需符合 的 等級都需符合 級1 ? 原因為何 ? A: 否,由於 由於CTI,主要是測試 主要是測試PCB表面 抗環境中遭到污染的能 表面,抗環境中遭到污染的能 由於 主要是測試 表面 故可只於外層中使用高CTI Level 等級 的材料 以節省成 的材料,以節省成 力,故可只於外層中使用高 故可只於外層中使用高 本.

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Q&A
基板材料的介質常數組成為何 基板材料的介質常數組成為何?

增強材料 是由樹脂 & 增強材料 & Filler 所組成,因此基板材 因此基板材 料的介質常數 可 用如下的公式來進行計算 公式來進行計 料的介質常數Er可利用如下的公式來進行計算 Er = ER*VR + EG*VG + EF*VF ER:樹脂的介值常數 樹脂的介 樹脂的 EG:玻布的介值常數 玻布的介 玻布的 EF:filler的介值常數 的 VR;介質層中樹脂所佔的體積百分比 質層中樹脂所佔的體積 VG;介質層中玻璃布所佔的體積百分比 質層中玻璃布所佔的體積 VF;介質層中filler所佔的體積百分比 質層中 所 的體積

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Q&A
影響無鉛 影響無鉛銲錫組裝相關的重要板子特性有哪些 組裝相 的重要板子 性有哪些? 哪些

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Q&A
我若要板子 容易板彎翹 可注意板材的 一個特 板材的哪 我若要板子不容易板彎翹,可注意板材的哪一個特性?

Modulus in Bending(Flexural Modules )彎曲彈性係數 彎曲彈性 彎曲彈

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END THANKS
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