PCB材料特性及应用.ppt

,材料特性及應用,Preparedby:RD2008/10,目錄,一.線路板簡介,二.材料的分類及組成三.材料的編碼規則,四.材料的選擇及應用,一.線路板簡介,1.1線路板的分類,1.2軟板較硬板的優勢,1.1線路板的分類,刚性印制板(RigidPrintedBoard)用刚性基材制成的印制板,简称硬板.绕性印制板(FlexiblePrintedBoard)用绕性基材制成的印制板,可以有或无绕,性覆盖层,常简称软板,柔性板.,刚绕印制板(Rigid-FlexPrintedBoard),用绕性基材并在不同区域与刚性基材结合,而制成的印制板,常简称为软影结合板.,1.1線路板的分類,HDI,软板软硬结合板,硬板组装,1.2軟板較硬板之優勢,軟板的優點:1.可繞曲性2.薄型特性,3.結構簡化,空間利用率高4.RollToRoll生產,二.材料的分類及組成,2.12.22.32.42.5,材料的分類基材的結構软板材料硬板材料无卤素材料及UL论证,2.1材料的分類,1.軟板材料分類:,單面基材,雙面基材,無膠基材,有膠基材(见附,图),Coverlay,ADH,STF,屏蔽層,PSA,银浆,绿油,油.,2.硬板材料分類:,紙質基板,FR-4,FR-1,PP.目前硬板類使用,的基材主要為FR-4.,2.2基材的結構,1.軟板基材構成三要素:,銅箔(Copperfoil)膠(Adhesive),絕緣材料或介质基片(polyimide,1.1.2銅箔厚度:,通常銅箔厚度用重量當成”厚度”的表示值,銅箔的厚度通常用”OZ”,如1OZ(28.35克)銅箔均勻舖在1ft2面積里,其厚度正好為1.37mil(約1.4mil)單位換算:1oz=1.4mil=35um1inch=25.4mm=1000mil,2.2基材的結構1.1.3銅箔的分類電解銅箔:普通电解铜箔(ED)高延展性电解铜箔(EDHD)(如圖一)壓延銅箔(RA):如圖二与刚性覆铜箔板不同的是:刚性覆铜箔板通常为普通的电解铜箔,而在绕性覆铜板中则推荐使用高延展性的电解铜箔和压延铜箔.同普通的电解铜箔相比,高延展电解铜箔有更好的耐绕曲性.,RA,ED,2.2基材的結構,1.1.4銅箔的特性及生产工艺,(1)电解铜箔具有针状的颗粒结构,且颗粒的轴是垂直于箔的平面,的;,电解铜箔是经过专用的电解机(又称电镀机),在圆形阴极滚筒上连续生产出来的初产品称为毛箔,毛箔再经过表面处理,它包括粗化层处理,耐热层处理,钝化处理.毛箔的生产过程见附图所示.,(2)压延铜箔是由机械碾压工艺加工而成的,它是用纯铜锭加热后用滚压工艺以减少铜锭的厚度并形成一个薄的,连续的片材,这使得铜箔具有类似于颗粒平行于箔表面的微观结构.,(3)在绕性覆铜箔板中,为使铜箔和绝缘材料之间有着非常好的粘结,必须对铜箔表面进行粗化处理.另外,铜箔表面还需进行防锈处理以防止铜箔的氧化,防锈处理可以采用有机聚合物涂覆或无机盐化合物进行处理.所以有光亮面和处理面之分.,2.2基材的結構,2.2基材的結構,1.2膠(Adhesive),粘接剂是挠性覆铜箔板制造过程中的最重要的组成部分。挠性覆铜箔中的很多重要的性能指标都是由胶粘剂的性能所决定的，比如：介质基片与金属箔之间剥离强度、抗挠曲性能、化学性能、耐湿性能、胶层流动性能等。除此之外由于胶粘剂与介质基片之间在挠性板的制造过程中还有一定的化学反应，因此对于不同的介质基片还应选择相应的胶粘剂体系，粘结剂的性能必须与介质基片相适应。,挠性覆箔板使用的粘结剂必须能够经受各种工艺条件和在印制线路板的制造中所使用的化学药品的侵蚀，并没有分层或降解的现象.,2.2基材的結構,1.2膠(Adhesive)1.2.1膠的分類:,亞克力膠(Acrylic),環氧樹脂膠(Epoxy).酚醛樹脂.壓敏膠.聚酰亚胺胶.,膠屬性對照表,2.2基材的結構,2.2基材的結構1.2.2膠的特性,亞克力膠(丙烯酸)A:優異的耐熱性B:較高的黏接強度C:良好的流動性D:儲存相對穩定E:電氣性不理想,環氧樹脂膠A:耐熱性差B:储存不穩定C:不易壓合D:良好的机械性E:拉力值低F:交联程度越大,绕曲性能降低,2.2基材的結構1.2.2膠的特性,酚醛树脂胶酚醛树脂胶和环氧胶一样有热固性。添加剂可以增加它的柔性，适合于动态应用。但它的粘和不及丙烯酸胶和环氧胶。与PI的黏结性较差.,压敏胶压敏胶是柔性板中使用最简单最便宜的胶。它不需要层压，可以用手贴和重贴在绝缘表层。因为它对热和许多化学物质敏感，不能用来粘合绝缘胶片和铜。,2.2基材的結構,一般来说丙烯酸类粘接剂具有优异的耐热性和较高的粘接强度，,但电气性能不理想，绝缘电阻和环氧树脂相比要差1-2个数量级，而且在高温的环境条件下还会引起铜的迁移.,环氧胶其反应是在不断的进行的，所以在一定的储存条件下，就,是有仓库中，它也在反应.丙烯酸的胶一般只在一定条件下才会反应，所以其储存时间要相对会比较长一些.,在保护膜中,丙烯酸树脂的流动性稳定，向线路导体之间的允填性,良好，操作方便，但其电气性能稍差，所以要尽量避免用在线路间距小，电性能要求高的基板上,环氧胶对压合的条件比较严格，如果压合的条件差异，则板子表现出来的变异会很大，同时环氧胶在经过多次的压合后会有性能上的变脆，所以在多层板的制作时使用丙烯酸的比用环氧胶的性能会好很,多.,2.2基材的結構,1.3绝缘材料或介质基片(polyimide二,继续挥发溶剂,同时使胶粘剂树脂部分固化;三,胶粘剂进一步的固化,使被烘材料做适当的降温,以适应烘箱外的环境.),C层压:将涂好胶的介质基片与金属箔连续的在一定压力,和温度条件下覆合到一起.,(过程见附图所示),2.3软板材料,2.3.1基材,2.3软板材料,2.3.2保护膜,保护膜是一种覆盖在绕性印刷线路导体表面上的一,种永久的绝缘体.它是与基材相同的绝缘材料(即PI),和胶结合的一种材料，为起到保护胶的作用，在其,上面覆盖一层薄膜(Mylar).,保护膜的胶厚度有:0.5mil1.0mil1.4mil2.0mil保护膜的PI厚度有:0.5mil1.0mil2.0mil3.0mil5.0mil,2.3软板材料2.3.2保护膜型紙AdhesiveKapton,DielectricSubstrate,Adhesive,2.3软板材料,2.3.3补强,软板局部区域为了承载元器件区域的加强和便于安装而,另外加上的硬质材料.,A补强种类:PI,PET,FR4,铝片,钢片B补强作用:加强硬度厚度散热,C有焊接特别要经过Reflow的柔板要使用,PI,FR4,AL,Stainlesssteel,D对于没有焊接要求的则可以使用PET,PI,FR4,AL,Steel,并可以使用PSA粘合,EPI的价格高，但其耐燃性好，PET价格较低，但不耐,热,2.3软板材料,2.3.3补强,处理.,2.3软板材料,2.3.3补强,补强胶,A:补强胶有:PSA和热压胶(Epoxy,Acrylic),B:PSA无须热压的可直接粘贴于绝缘材料的胶,并且可以重复粘贴多次.一般的PSA有两种形式.一:主要用于与补强的粘贴,或板子粘贴到其他设备上.如3M4673M94603M966和日东的591559175919.二:用于板子焊盘间电气连接的导电胶,如3M97033M97137903等.C:一般厚度有1MIL,2MIL,3MIL,5MIL,E:在使用PSA作为胶粘剂时,一定要把气泡赶尽,在后面的工序中,如为高温可能会气泡而使扳子变形,或有冲切时由于气泡的走动从而使板面起皱.,D:对于金属板如为不锈钢,其黏结强度差,在使用前须进行MicrosoftExcel,工作表,2.3软板材料,补强用胶比较,2.3软板材料,2.3.4屏蔽层,屏蔽层种类A.一层单面板(成本高.耐弯折效果好),B.银浆(成本低耐弯折性不好),C.用AL-Ag合金箔.性能介于A与B,(成本低,导电性能好,比重小,资源广泛),D.用铜箔,常用的规格厚度有:1.0mil2.0mil3.0mil,2.3软板材料,2.3.5SOLDMASK,防焊种类:显影型(LPI)、UV固化型、热固化型,A:液态感光采用丝印或喷涂方法把液态感光油墨涂布在蚀刻过的绕性线路板上,经过烘干,曝光,显影等成像转移的方法形成的显露连接盘和保护膜.,B:涂料保护由丝网印刷到线路板上,并通过红外加热或,紫外线来固化形成一层永久不变的薄的和不易磨损的保,护涂层.,C:常用的型号有,PSR9000,PSR4000,PSR2000.PSR4000EF,D:与保护膜的对比见下图:,2.3软板材料,2.4硬板材料,硬板材料的分类覆铜箔板半固化片,附树脂铜箔,2.4.1硬板材料的分类,各种覆铜板的分类,2.4.2覆铜箔板,1.覆铜箔板生产用主要原材料性能,1.1玻璃纤维布,玻璃纤维布是玻璃纤维纺织而成的,它的成分是铝硼硅酸盐类,PCB用的玻璃布基的基板材料,一般是电子级的玻璃布.覆铜箔板所用的玻纤布采用平纹布,它比其他的布(斜纹等)具有断裂强度大,尺寸稳定性好,不易变形,重量厚度均匀等优点.在玻璃布的中,布卷的长度方向为经向;纱向的纱支也称为”经纱”,和其垂直的方向为纬向;纱支称为”纬纱”.,表征玻璃布的基本性能有:经纬纱的种类,织布的密度(经纬,纱的根数),厚度,单位面积的重量,幅宽,断裂强度.,2.4.2覆铜箔板,1.2浸渍纤维纸,浸渍纤维纸是覆铜箔板的主要增强材料.常有两种类型(按纸浆成分不同):浸渍漂白棉纤维纸(以棉线为主要纸浆原料)和浸渍漂白木纤维纸(以针叶降为主要纸浆原料).浸渍纤维纸主要性能指标有:纸的定量,密,度,吸水性,抗张强度,水份,湿强度等.,2.4.2覆铜箔板,1.3铜箔,铜箔的分类:电解铜压延铜,压延铜箔是将铜板经过多次重复辊轧而成的.在毛箔生产完成后还要经过粗化处理,压延铜箔在刚性覆铜板上使用极少(因加工宽度有限等原因).压延铜的耐折性和弹性系数大于电解铜箔,适用于绕性覆铜箔板上.它的铜的纯度(99.9%)高于电解铜箔(99.8%),在毛面上比电解铜箔平滑,这些都有利于电信号的快速传递.因此近几年国外在高频高速信号传播、细导线的PCB的基材上采用压延铜箔。它在音响上的PCB基材的使用，还可以提高音质的效果.,电解铜箔是经过专用的电解机(又称电镀机),在圆形阴极滚筒上连续生产出来的初产品称为毛箔,毛箔再经过表面处理,它包括粗化层处理,耐热层处理,钝化处理.毛箔的生产过程.,2.4.2覆铜箔板,2.纸基覆铜板的种类和特性,按NEMA(美国电器制造协会标准)标准纸基覆铜板按功能划分,常见的有XPC,XXXPC,FR-1,FR-2,FR-3等品种.其基材的黏合剂除了FR-3板为环氧树脂外,上述其他的板均为酚醛树脂,为主.以”FR”为代号的板表示有阻燃性.一般的纸基覆铜板具有价格低,PCB可冲孔加工等优点.但一些介电性能机械性能不如环氧玻璃布基板,吸水性较高也是此类板突出的缺点.一般纸基覆铜板以采用单面覆铜箔为主,常用的规格厚度在0.8-2.0之间.,FR-2主要应用收音机,电子钟,个人电脑键盘等小型电动玩具上;FR-1主要应用于彩电,显示器,家用音响,洗衣机,电饭锅,电热毯等方面.,2.4.2覆铜箔板,3玻璃布基覆铜基板的种类与特性,一般的玻璃布基覆铜基板是指NEMA标准牌号,为G10,G11,FR4,FR5四种环氧玻纤布基覆铜基板.其中G10,G11两种为非阻燃型板.FR4,FR5为阻燃性板.在板的耐热性方面,G11,FR5板高于FR4.目前在玻纤布基覆铜基板中FR4的用量占90%以上.,一般FR4分为两种:FR4刚型板,常见板厚范围在0.8-3.2mm;另一种为多层板芯用的薄型板,常见板厚范围小于0.78mm.,玻纤布基覆铜薄板,主要应用于制造计算机,通,讯设备,自动化控制仪器,高级家用电器.,2.4.2覆铜箔板,4复合基覆铜板的种类和特性,表面和芯部都是增强材料,由不同材料构成的刚性覆铜箔板可称为复合基覆铜板.这类板中大部分是CEM(CompositeEpoxyMaterial)系列覆铜板,其中CEM-1,CEM-3是CEM系列板中最主要的两个品种.,CEM系列板具有良好的加工性,平整度,尺寸,稳定性,厚度精确性,它的机械强度,介电性能吸水性,耐金属迁移性等均高于纸基板,而机械强度(CEM-3)约为FR-4的80%,售价低于FR-4板.,2.4.2覆铜箔板,4复合基覆铜板的种类和特性,CEM-1覆铜板在耐潮湿性能,冲孔加工性能,平整度等方面比纸基覆铜板优异,由于机械强度高于纸质基板,可负载较重的元器件.主要用于有阻燃,机械性能要求高的PCB上.,CEM-3可用于双面进行印质电路图形和可进行金属化加工,许多方面优于FR-4.在钻孔加工中,它的钻头的刃尖的寿命比FR-4高2-5倍.在冲孔加工中,CEM-3的冲击强度小,FR-4是此值的数倍.,2.4.2覆铜箔板,2.4.3半固化片,半固化片(PP又称黏结片)是由树脂和增强材料构成的一种预浸材料,其中是处于B阶段结构.在温度和压力作用下具有可流动性,并很快地固化和完成黏结过程,它与增强层一起构成绝缘层,它是多层印制线路板不可缺少的层压材料.,半固化片在不同条件下储存,因受环境温度的影响会产生半固化片的凝胶时间下降,流动度增加等变化.这些都不利于多层板的加工性和性能的稳定.为保护半固化片的性能特性.最适合的储存条件是10-21下真空存放.此条件下的半固化有效期是3-6个月,使用吸湿后的半固化片会造成层压后或热风整平中分层,起泡,并使板的剥离强度下降.半固化片的吸湿性与半固化片中树脂结构玻纤布密度有关,半固化的浸透性越差,流动度受湿度的影响也越大.,半固化片主要特性指标与多层PCB生产制造工艺控制的关系见下图所示:,2.4.3半固化片,半固化片主要特性指标与多层PCB生产制造工艺控制,2.4.4附树脂铜箔,附树脂铜箔又称为”背胶铜箔”,是在电解铜箔的粗化面上,涂覆有机树脂,制成B阶段树脂结构的”半固化片”,简称RCC.,附树脂铜箔的优点,(1)可用于一般的多层PCB生产设备加工,制造工艺,简单,有利于实现底成本化.,(2)此基板有利于激光进行微小孔加工.(3)图形导体剥离强度高.,(4)绝缘层树脂选择自由度大,有利于提高耐热性,降,低介电常数.,2.5无卤素材料及UL论证,2.5.1无卤素材料,Halogenfree中文譯為“無鹵素”，因為歐盟將在2006年7月開始嚴格的要求PCB進口產品不可含有鹵素材質參雜其中，,如溴（鹵素燃燒容易產生戴奧辛等有毒物質，有害人體）、,PCB用的基材、膠片（PP）、綠漆（SolderMask）等均含有少量的鹵素元素，其用途主要是在將PCB的耐燃度提高，,目前已有相關將鹵素排除的替代產品在市面上販售。也許您,會問既然鹵素拿掉了，耐燃度要如何通過UL要求呢？其實防,燒的功能可以用其他的金屬表面處理如：浸金、化錫、化銀,或OSP等等製程來代替一樣。這些方面的努力，多數都與材,料有關，製作電路板方面並沒有太大需要製程更動的問題。但是在電路板組裝方面，可能需要考慮的變化就會大一點。,2.5无卤素材料及UL论证,UL论证,UL是美国安全检测实验室公司（Underwriter,LaboratoriesInc.）的简写。UL安全试验所是美国最有权,威的，也是界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构。它是一个独立的、非营利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程度；确定、编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料，同时开展实情调研业务。总之，它主要从事产品的安全认证和经营安全证明业务，其最终目的是为市场得到具有相当安全水准的商品，为人身健康和财产安全得到保证作出贡献。就产品安全认证作为消除国际贸易技术壁垒,的有效手段而言，UL为促进国际贸易的发展也发挥着积极的作用。目前，UL在美国本土有五个实验室，总部设在芝加哥北部的Northbrook镇，同时在台湾和香港分别设立了,相应的实验室。,2.5无卤素材料及UL论证,UL论证,与覆铜箔板直接有关的UL标准有两个.即:关于板的阻燃实验方面的标准-UL94和关于板的安全性标准的-UL746E.塑料阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-0逐级递增：,HB：UL94和CSAC22.2No0.17标准中最底的阻燃等级。要求对于3到13毫米厚的样品，燃烧速度小于40毫米每分钟；小于3毫米厚的样品，燃烧速度小于70毫米每分钟；或者在100毫米的标志前熄灭。,V-2：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在60秒内熄,灭。可以有燃烧物掉下。,V-1：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在60秒内熄,灭。不能有燃烧物掉下。,V-0：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄,灭。不能有燃烧物掉下。,三.材料的编码规则,3.1主要的材料供应商3.2各种材料的编码规则,3.1主要的材料供应商,1.材料供应商,Rogers,Microcosm(律胜）,Dupont(杜邦）-AdhesivelessThinFlex(新扬）-Adhesiveless,KyoceraChemical(