无铅兼容覆铜板IPC标准的最新进展

精选优质文档-----倾情为你奉上/r/n精选优质文档-----倾情为你奉上/r/n专心---专注---专业/r/n专心---专注---专业/r/n精选优质文档-----倾情为你奉上/r/n专心---专注---专业/r/n无铅兼容覆铜板/r/nIPC/r/n标准的最新进展/r/n广东生益科技股份有限公司蔡巧儿/r/n摘要:/r/n本文介绍了无铅兼容覆铜板IPC标准的进展情况，并对无铅兼容覆铜板的成分要求及各特性参数进行了初步的讨论。/r/n关键词：/r/n无铅兼容覆铜板IPC标准进展成分特性参数/r/n一．前言/r/n欧盟两个指令（/r/nWEEE/r/n和/r/nROHS/r/n）将于/r/n2006/r/n年/r/n7/r/n月/r/n1/r/n日正式实施，全球电子业将进入无铅时代。目前最有代表性的无铅焊料/r/nSn/Ag/Cu/r/n（/r/nSAC/r/n），其熔点为/r/n217/r/n℃/r/n，比传统锡铅焊料约高/r/n34/r/n℃/r/n。为了获得良好的焊接，对于/r/nSAC/r/n焊料，焊峰温度达到/r/n260/r/n℃/r/n。这将对/r/nPCB/r/n用基材/r/n-/r/n覆铜板的耐热性提出更高的要求。美国/r/nIPC/r/n标准一直以紧跟技术发展而获得全球电子行业的公认，这次/r/nIPC/r/n又率先提出了无铅兼容/r/nFR-4/r/n的标准草案，并在全球范围内征求意见和讨论。/r/n二．标准提出时机和现状/r/n在/r/n2004/r/n年/r/n10/r/n召开的/r/nIPCwork2004/r/n基材工作组标准会议上，美国/r/nSunMicrosystems/r/n（/r/n美国Sun微系统公司：主要生产SUN系列工作站和网络产品,是JAVA语言的创始者/r/n——/r/n祝大同注）提交报告要求制定用于无铅组装的基材规范。基于他们及其/r/nOEM/r/n的测试数据，报告指出当前/r/nFR-4/r/n规范/r/nIPC-4101//r/n21/r/n（普通/r/nTgFR-4/r/n）/r/n和/r/nIPC-4101//r/n24/r/n（高/r/nTgFR-4/r/n）/r/n不能满足无铅工艺的要求。会上，美国/r/nNEMI/r/n组织（/r/nNationalElectronicsManufacturingInitiatives/r/n）也对无铅焊接用基材提出了相似的要求。另外，/r/nCookson/r/n电子/r/n/Polyclad/r/n层压板公司也提出了同样的情况。在此背景下，无铅兼容/r/nFR-4/r/n的标准草案第一稿诞生了。由于此标准草案是基于某公司产品的数据，故只反映了某款产品的性能参数。为了给此草案冠以/r/n“/r/n无铅/r/n”/r/nFR-4/r/n标准的名义，会上还提议在/r/nIPC-4101B/r/n各规格单中增加关键词，列出产品的应用范围和特点，供读者选择材料时参考。根据各方意见修改后，又于/r/n2005/r/n年/r/n1/r/n月发布了无铅兼容/r/nFR-4/r/n标准草案的第二稿，且并入/r/nIPC-4101B/r/n草案第四稿中。在/r/nIPCEXPO2005/r/n基材工作组会议上，无铅兼容/r/nFR-4/r/n标准草案/r/n-2/r/n成为讨论的焦点。参会者主要是美国著名的/r/nCCL/r/n厂家、实验室和/r/nIBM/r/n等终端用户。生益科技作为/r/nIPC/r/n基材工作组的成员，也参加了此次会议。会上讨论了目前无铅兼容/r/nFR-4/r/n的现有水平和试验数据，对热裂解温度和/r/nT288/r/n、/r/nT300/r/n等指标提出了建议。最近/r/nIPC/r/n又提出了第三稿和层压板材料热裂解温度测试方法的提案。热裂解温度（/r/nTd/r/n）/r/n是/r/n“/r/n无铅/r/n”/r/n层压板材料的重要性能指标，但/r/nIPC-TM-650/r/n中还没有相应的方法。/r/nIPC/r/n基材工作组中又设立了一个专项工作组，美国/r/nSunMicrosystems/r/n的/r/nMr./r/nKarlSauter/r/n是该工作组的组长，负责建立此测试方法。/r/n2005/r/n年/r/n6/r/n月/r/n1/r/n日该工作组还启动了一个/r/nCCL/r/n热裂解温度循环测试计划，目的在于建立/r/nTd/r/n测试方法和确定无铅兼容板材的/r/nTd/r/n值。测试样品包括/r/nNelco4000-6/r/n和/r/n4000-11/r/n、/r/nPolyclad370HR/r/n和/r/n370Turbo/r/n及其/r/n140/r/n℃/r/nTgDicy-Cured/r/n板材、/r/nISOLA410/r/n、/r/nMatsushita1755/r/n、/r/nHitachi679/r/n和/r/nIBMOEM/r/n的/r/n5/r/n个样品，这些样品均送至以下实验室：/r/nNelco/r/n、/r/nPolyclad/r/n、/r/nIsola/r/n、/r/nDowChemical/r/n、/r/nMatsushita/r/n、/r/nHitachi/r/n和/r/nRockwell-Collins/r/n进行测试，计划于/r/n2005/r/n年/r/n10/r/n月完成循环测试，/r/n11/r/n月提交建立无铅兼容板材的/r/nTd/r/n值报告。/r/n到目前为止，/r/nIPC/r/n还未制定用于无铅工艺的/r/nCEM-3/r/n、/r/nCEM-1/r/n等产品标准。/r/n三．要求及测试方法/r/n1/r/n．草案中，规定了无铅兼容/r/nFR-4/r/n的成分要求，并对其耐热性提出了多项新的要求，包括热裂解温度、/r/nZ/r/n轴/r/nCTE/r/n、/r/nT260/r/n和/r/nT288/r/n等项目，详细见表/r/n1/r/n。/r/n表/r/n1IPC/r/n无铅兼容/r/nFR-4/r/n新要求/r/n项目/r/nIPC标准/r/n

/r/n草案/r/n-1/r/n草案/r/n-2/r/n草案/r/n-3/r/n

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/r/nIPC-4101/99/r/nIPC-4101/101/r/n树脂体系/r/n主体：多官能环氧树脂，次要：改性环氧或非环氧/r/n固化剂/r/nNon-Dicy/r/n阻燃机理/r/n溴/r/n溴/r/n溴/符合RoHs/r/n溴/符合RoHs/r/n填料/r/n有或没有无机填料/r/n关键词/r/n---/r/n无铅FR-4；耐CAF性；高裂解温度/r/n无铅FR-4；耐CAF性；高裂解温度；高可靠性FR-4；低Z轴CTE/r/n玻璃化转变温度(/r/n℃/r/n)/r/n最小/r/n170/r/n最小/r/n155/r/n150-200/r/n110-150/r/nUL最大操作温度(/r/n℃/r/n)/r/n---/r/n---/r/n最小/r/n130/r/n吸水率/r/n(%)/r/n≤/r/n0.8/r/n≤/r/n0.8/r/n≤/r/n0.5/r/n≤/r/n0.5/r/n阻燃性/r/n最低/r/nV-1/r/n最低/r/nV-1/r/n最低/r/nV-0/r/n最低/r/nV-0/r/n热裂解温度(失重5%，/r/n℃/r/n)/r/n≥/r/n330/r/n≥/r/n340/r/n≥/r/n330/r/n≥/r/n310/r/nZ轴/r/nα/r/n1(PPM//r/n℃/r/n)/r/n≤/r/n75/r/n≤/r/n60/r/n≤/r/n60/r/n≤/r/n60/r/nCTE/r/nα/r/n2(PPM//r/n℃/r/n)/r/n≤/r/n300/r/n≤/r/n300/r/n≤/r/n300/r/n≤/r/n300/r/n*/r/n50-260/r/n℃/r/n(%)/r/n≤/r/n3.5/r/n≤/r/n3.5/r/n≤/r/n3.5/r/n≤/r/n4.0/r/nT260(分钟)/r/n---/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n30/r/nT288(分钟)/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n15/r/n≥/r/n5/r/n≥/r/n5/r/nT300(分钟)/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n2/r/n供需双方商定/r/n供需双方商定/r/nT320(分钟)/r/n≥/r/n10/r/n---/r/n---/r/n---/r/n耐CAF性/r/n---/r/n正在制定/r/n供需双方商定/r/n供需双方商定/r/n*1.Z轴CTE试样最小厚度是1.5mm。/r/n2.其它指标要求是基于层压板厚度≥0.50mm。/r/n2/r/n．测试方法/r/n（/r/n1/r/n）热膨胀系数/r/nCTE/r/n草案中规定/r/nCTE/r/n的测试方法是采用/r/nIPC-TM-650/r/n中的方法/r/n2.4.24/r/n。该方法是采用热机械分析法（/r/nTMA/r/n）。试样应除去铜箔，测试前应在/r/n105/r/n±/r/n2/r/n℃/r/n下烘/r/n2/r/n小时，并放在干燥器中冷却至室温。以/r/n10/r/n℃/r/n/min/r/n的升温速率从室温升至/r/n260/r/n℃/r/n，记录试样随温度上升而引起的/r/nZ/r/n轴方向的尺寸变化，然后分别计算/r/nTg/r/n前（/r/nα/r/n1/r/n）、/r/nTg/r/n后（/r/nα/r/n2/r/n）和/r/n总膨胀百分比/r/n（/r/n50-260/r/n℃/r/n）。/r/n（/r/n2/r/n）热分层时间（/r/nT260/T288/T300/r/n）/r/n草案中规定/r/nT260/T288/T300/r/n的测试方法是采用/r/nIPC-TM-650/r/n中的方法/r/n2.4.24.1/r/n。该方法是采用热机械分析法（/r/nTMA/r/n）。测试前试样应在/r/n105/r/n±/r/n2/r/n℃/r/n下烘/r/n2/r/n小时，并放在干燥器中冷却至室温。以/r/n10/r/n℃/r/n/min/r/n的升温速率从室温升至/r/n260/r/n℃/r/n（/r/n288/r/n℃/r/n或/r/n300/r/n℃/r/n），然后保持恒温，记录试样分层的时间。/r/n（/r/n3/r/n）热裂解温度/r/n(Td)/r/n/r/n草案中热裂解温度的测试方法一栏显示/r/n“/r/n正在制定/r/n”/r/n。热裂解温度测试方法提案是采用热重分析法/r/n(TGA)/r/n。将未覆箔厚度为/r/n1.5mm/r/n结构为/r/n8/r/n×/r/n7628/r/n的层压板切成尺寸约为/r/n6.35/r/n×/r/n6.35mm/r/n的方形试样，试样最低重量是/r/n30mg/r/n。测试前试样应在/r/n110/r/n±/r/n2/r/n℃/r/n下烘/r/n24/r/n小时，并放在干燥器中冷却至室温。试验应在干燥氮气氛围下进行测试，氮气流量为/r/n55cc/min/r/n。以/r/n10/r/n℃/r/n/min/r/n的升温速率从室温升至/r/n550/r/n℃/r/n，记录试样随温度上升重量损失百分比，报告重量损失/r/n5%/r/n时的温度。/r/n四．讨论及思考/r/nIPC/r/n无铅兼容/r/nFR-4/r/n标准草案的提出，引起了全球/r/nCCL/r/n厂家及其上下游企业的强烈反响，各厂家对此看法不一。在这里对草案中成分要求及各性能指标进行初步的讨论。/r/n1/r/n．草案中规定固化剂是/r/nNon-Dicy/r/n。/r/nDicy/r/n作为覆铜板的固化剂已使用几十年，具有优秀的综合使用效果。/r/n但有研究表明，/r/nDicy-Cured/r/n层压板热裂解温度相对较低、热分层时间（/r/nT260/T288/r/n）较低，不能承受多次无铅再流焊的热应力，易出现分层、起泡。但规定固化剂是/r/nNon-Dicy/r/n，太绝对了，完全排除了/r/nDicy/r/n的使用。且与其它规格单不一致，其它规格单并没有规定固化剂。还有重要的一条：制定标准的原则应重点关注产品的最终性能，而不应过多规定工艺过程参数，这样会限制技术的发展。对是否应规定固化体系是/r/nNon-Dicy/r/n，业界存在不同的看法。/r/n2/r/n．第/r/n3/r/n草案中规定阻燃机理应为溴/r/n//r/n符合/r/nRoHS/r/n。/r/n从这点可看出/r/nIPC/r/n对无卤化的立场。早在/r/n2003/r/n年/r/n4/r/n月/r/nIPC/r/n就发布了/r/nIPC-WP/TR-584/r/n《关于印制板和组装用无卤材料的白皮书和技术报告》。/r/nIPC/r/n认为目前/r/n“/r/n无卤/r/n”/r/n只是一个市场概念，没有数据表明目前用于印制板的含卤阻燃剂对环境或人类健康造成重大的危害。除非有确凿证据表明含卤材料会危害环境和人类健康，否则/r/nIPC/r/n不赞成禁用含卤阻燃剂。/r/nIPC/r/n将对基材中卤素含量的分析和最大氯、溴含量的定义进行标准化，以提供给业界。这样做的目的是在供应链中标准化和一致性，而不能认为是/r/nIPC/r/n对这些材料的认可。/r/nIPC/r/n对溴作为阻燃元素，仍然给予正面的肯定，但必须符合/r/nRoHS/r/n指令，即禁用多溴联苯（/r/nPBB/r/n）和多溴二苯醚（/r/nPBDE/r/n）。因此无卤化和符合/r/nRoHS/r/n指令是两个概念，前者主要受市场推动，后者是受法令推动，必须执行的。但/r/nWEEE/r/n指令中规定含有卤素阻燃剂的元件在处理和回收前应从其它电子电气废弃物中隔离开来，一些电子电气/r/nOEM/r/n基于回收成本的考虑，会采用无卤材料。但这些规定对含卤材料的使用到底有多大的约束力，现在还不是很明朗。/r/n3/r/n．第/r/n1/r/n份草案中，热裂解温度/r/n(Td)/r/n定为最低/r/n330/r/n℃/r/n，第/r/n2/r/n份草案中，/r/nTd/r/n改为/r/n340/r/n℃/r/n，第/r/n3/r/n份草案/r/nTd/r/n又改为/r/n330/r/n℃/r/n。/r/n这主要原因是热裂解温度测试方法没有定下来，各厂家的/r/nTd/r/n值没有可比性。/r/nIPC/r/n启动的/r/nCCL/r/n热裂解温度循环测试计划，就是将热裂解温度测试方法标准化，并按此方法对各厂家的产品进行循环测试，以确定合理的/r/nTd/r/n值。有厂家认为，/r/nTd/r/n不宜定得太高，/r/nTd/r/n高的材料的脆性较高，加工性变差。因此制定合理的/r/nTd/r/n值很重要，一方面满足无铅焊接的高温要求，另一面兼顾基材的其它性能和加工性。/r/n4./r/n热分层时间（/r/nT260/T288/r/n）/r/n由于无铅组装的峰焊温度达到/r/n260/r/n℃/r/n，使得/r/nT260/T288/r/n变成了很重要的性能参数。第/r/n1/r/n稿中/r/nT288/T300/r/n指标定得很高，只反映了某款产品的性能参数，不具有代表性。后来根据各方的意见、现有同类产品的水平，对/r/nT260/T288/r/n的要求作出相应的调整。传统的高/r/nTg/r/n板材的/r/nT260/r/n为/r/n5-7/r/n分钟，它与有铅焊接兼容得很好。无铅焊接的焊接温度提高/r/n20-25/r/n℃/r/n，故/r/nT288/r/n为/r/n4-5/r/n分钟已经可以满足无铅焊接的要求。/r/n5/r/n．/r/nZ/r/n轴/r/nCTE/r/n/r/n由于无铅焊料的焊接温度的升高，基材的热膨胀系数（特别是/r/nZ-/r/n轴）就变得更重要了。如果/r/nZ/r/n轴/r/nCTE/r/n大，施加于镀通孔的应力就大，就容易造成镀通孔孔壁金属镀层断裂。因此，对于无铅兼容/r/nFR-4/r/n有必要建立/r/nZ/r/n轴/r/nCTE/r/n的要求。/r/n6/r/n．第/r/n3/r/n草案中将吸水率指标由原来小于/r/n0.8%/r/n改为小于/r/n0.5%/r/n。/r/n基材的吸水率会影响板材的耐热性和可靠性，特别是在无铅焊接中。这是因为基材在高温下发生层间分离的其中一个因素，是板的绝缘层间含有低分子物（包括水）。它们在高温条件下会变成气态而蒸发，从而破坏层间粘