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PCB线路板高频板与高速板的区别,你知道吗?
PCB线路板是电子产品中不可或缺的重要组成部分,而在不同应用场景中所使用的PCB线路板也具备不同的特点和优点。其中,高频板和高速板是两种特殊的PCB线路板,它们相比于普通的PCB线路板具有特的应用场景和优势。
一、高频板与高速板的定义及特点
高频板
高频板在电子产品中应用广泛,如无线电通信、雷达、卫星通信等领域。一般认为,在工作频率超过500MHz的场合下,就需要使用高频板。
特点在于其在高频工作环境下具备的传输性能。同时,高频板的板厚较薄,线宽、线距也比普通的PCB线路板更为精细。另外,高频板的介电常数特别小,因此可以减少信号损失,提高信号传输速率和接收灵敏度。高频板材一般使用RO4350B、RO4003C、F4B等材料。
高速板
高速板主要应用于计算机主板、工控机、测控仪器等领域。相较于高频板,高速板所涉及的调制解调频率较低,但速率较高,一般是Gbps级别
高速板的特点在于其线路的等长性能更好,在传输高速数字信号时具有更好的信号完整性和抗干扰能力。另外,高速板的板厚一般较厚,可以有效抑制EMI(电磁干扰)。高速板材常使用FR4、PI等材料。
二、高频板与高速板的区别
虽然高频板与高速板都是用于传输信号的PCB线路板,但二者在实际应用中有以下几个方面的区别。
1. 频率范围不同
高频板是在频率超过500MHz的频段使用的,而高速板主要是传输数码信号时使用的,在调制解调频率为几十MHz到GHz级别之间。
2. 线宽、板厚不同
因为高频板需要采用微细线路,因此其线宽、线距比高速板更细,板厚也相对较薄。而高速板的线路等长性较好,因此线宽、线距可以适当加大一些,板厚也可以稍微加厚一些。
3. 材料不同
高频板常使用的材料相较于高速板的介电常数要小一些,以减少信号传输时损失。而高速板常使用的材料通常较一般PCB线路板要好一些,如FR4高TG材料。
三、高频板与高速板的应用场景
1. 高频板的应用场景
在无线电通信、雷达、卫星通信等领域,高频板应用广泛。由于采用了微细线路,可以减少信号损失、提高传输速率和接收灵敏度,因此可在高频的环境下信号的传输和接收的准确性。
2. 高速板的应用场景
在计算机主板、工控机、测控仪器等领域,高速板应用较多。由于其线路的等长性较好,可以在传输高速数字信号时具有更好的信号完整性和抗干扰能力。
高频板和高速板虽然都是用于传输信号的PCB线路板,但它们具备不同的特点和应用场景。在实际选材和应用中,需要结合具体的需求和场景,选择合适的PCB线路板类型,才能确保产品的性能稳定和信号传输的准确性。
PCB线路板沉金与镀金工艺的区别
在PCB生产中,沉金和镀金都是表面处理的一种,那么, PCB线路板沉金工艺与镀金工艺都有哪些优劣性呢?
镀金,一般指的是“电镀金”、“电镀镍金”、“电解金”等,有软金和硬金的区分(一般硬金是用于金手指的),原理是将镍和金(俗称金盐)溶化于化学药水中,将线路板浸在电镀缸内并接通电流而在电路板的铜箔面上生成镍金镀层,电镍金因镀层硬度高,耐磨损,不易氧化的优点在电子产品中得到广泛的应用。
沉金是通过化学氧化还原反应的方法生成一层镀层,一般厚度较厚,是化学镍金金层沉积方法的一种,可以达到较厚的金层。
沉金与镀金的区别:
1、沉金与镀金所形成的晶体结构不一样,沉金对于金的厚度比镀金要厚很多,沉金会呈金黄色,较镀金来说更黄(这是区分镀金和沉金的方法之一)。
2、沉金比镀金更容易焊接,不会造成焊接不良。
3、沉金板的焊盘上只有镍金,信号的趋肤效应是在铜层上传输,不会对信号产生影响。
4、沉金比镀金的晶体结构更致密,不易产生氧化。
5、镀金容易使金线短路。而沉金板的焊盘上只有镍金,因此不会产生金线短路。
6、沉金板的焊盘上只有镍金,因此导线电阻和铜层的结合更加牢固。
7、沉金板的平整性与使用寿命较镀金板要好。
以上便是 PCB线路板沉金工艺与镀金工艺的区别。
什么是HDI线路板
一.什么是HDI板?
HDI板(High Density Interconnector),即高密度互连板,是使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。HDI板有内层线路和外层线路,再利用钻孔、孔内金属化等工艺,使各层线路内部实现连结。
二.HDI板与普通pcb的区别
HDI板一般采用积层法制造,积层的次数越多,板件的技术档次越高。普通的HDI板基本上是1次积层,高阶HDI采用2次或以上的积层技术,同时采用叠孔、电镀填孔、激光直接打孔等PCB技术。当PCB的密度增加超过八层板后,以HDI来制造,其成本将较传统复杂的压合制程来得低。
HDI板的电性能和讯号正确性比传统PCB更高。此外,HDI板对于射频干扰、电磁波干扰、静电释放、热传导等具有更佳的改善。高密度集成(HDI)技术可以使终端产品设计更加小型化,同时满足电子性能和效率的更高标准。
HDI板使用盲孔电镀 再进行二次压合,分一阶、二阶、三阶、四阶、五阶等。一阶的比较简单,流程和工艺都好控制。二阶的主要问题,一是对位问题,二是打孔和镀铜问题。二阶的设计有多种,一种是各阶错开位置,需要连接次邻层时通过导线在中间层连通,做法相当于2个一阶HDI。第二种是,两个一阶的孔重叠,通过叠加方式实现二阶,加工也类似两个一阶,但有很多工艺要点要特别控制,也就是上面所提的。第三种是直接从外层打孔至第3层(或N-2层),工艺与前面有很多不同,打孔的难度也更大。对于三阶的以二阶类推即是。
在PCB打样中,HDI造价较高,故一般的PCB打样厂家都不愿意做。捷多邦可以做别人不愿意做的HDI盲埋PCB板。现阶段,捷多邦采用的HDI技术已突破高层数为20层;盲孔阶数1~4阶;小孔径0.076mm,工艺为激光钻孔.
三.HDI板的优势
这种PCB在突显优势的基础上发展迅速:
1.HDI技术有助于降低PCB成本;
2.HDI技术增加了线密度;
3.HDI技术有利于使用的包装;
4.HDI技术具有更好的电气性能和信号有效性;
5.HDI技术具有更好的可靠性;
6.HDI技术在散热方面更好;
7.HDI技术能够改善RFI(射频干扰)/EMI(电磁干扰)/ESD(静电放电);
8.HDI技术提高了设计效率;
四.HDI板的材料
对HDI PCB材料提出了一些新的要求,包括更好的尺寸稳定性,抗静电移动性和非胶粘剂。HDI PCB的典型材料是RCC(树脂涂层铜)。RCC有三种类型,即聚酰亚胺金属化薄膜,纯聚酰亚胺薄膜,流延聚酰亚胺薄膜。
RCC的优点包括:厚度小,重量轻,柔韧性和易燃性,兼容性特性阻抗和的尺寸稳定性。在HDI多层PCB的过程中,取代传统的粘接片和铜箔作为绝缘介质和导电层的作用,可以通过传统的抑制技术用芯片抑制RCC。然后使用非机械钻孔方法如激光,以便形成微通孔互连。
RCC推动PCB产品从SMT(表面贴装技术)到CSP的发生和发展(芯片级封装),从机械钻孔到激光钻孔,促进PCB微通孔的发展和进步,所有这些都成为RCC的HDI PCB材料。
在实际的PCB中在制造过程中,对于RCC的选择,通常有FR-4标准Tg 140C,FR-4高Tg 170C和FR-4和Rogers组合层压,现在大多使用。随着HDI技术的发展,HDI PCB材料满足更多要求,因此HDI PCB材料的主要趋势应该是:
1.使用无粘合剂的柔性材料的开发和应用;
2.介电层厚度小,偏差小;
3 .LPIC的发展;
4.介电常数越来越小;
5.介电损耗越来越小;
6.焊接稳定性高;
7.严格兼容CTE(热膨胀系数);
五.HDI板制造的应用技术
HDI PCB制造的难点在于微观通过制造,通过金属化和细线。
1.微通孔制造
微通孔制造一直是HDI PCB制造的核心问题。主要有两种钻井方法:
a.对于普通的通孔钻孔,机械钻孔始终是其率和低成本的佳选择。随着机械加工能力的发展,其在微通孔中的应用也在不断发展。
b.有两种类型的激光钻孔:光热消融和光化学消融。前者是指在高能量吸收激光之后加热操作材料以使其熔化并且通过形成的通孔蒸发掉的过程。后者指的是紫外区高能光子和激光长度超过400nm的结果。
有三种类型的激光系统应用于柔性和刚性板,即准分子激光,紫外激光钻孔,CO 2 激光。激光技术不仅适用于钻孔,也适用于切割和成型。甚至一些制造商也通过激光制造HDI。虽然激光钻孔设备成本高,但它们具有更高的精度,稳定的工艺和成熟的技术。激光技术的优势使其成为盲/埋通孔制造中常用的方法。如今,在HDI微通孔中,99%是通过激光钻孔获得的。
2.通过金属化
通孔金属化的大困难是电镀难以达到均匀。对于微通孔的深孔电镀技术,除了使用具有高分散能力的电镀液外,还应及时升级电镀装置上的镀液,这可以通过强力机械搅拌或振动,超声波搅拌,水平喷涂。此外,在电镀前增加通孔壁的湿度。
除了工艺的改进外,HDI的通孔金属化方法也看到了主要技术的改进:化学镀添加剂技术,直接电镀技术等。
3.细线
细线的实现包括传统的图像传输和激光直接成像。传统的图像转移与普通化学蚀刻形成线条的过程相同。
对于激光直接成像,不需要摄影胶片,而图像是通过激光直接在光敏膜上形成的。紫外波灯用于操作,使液体防腐解决方案能够满足高分辨率和简单操作的要求。不需要摄影胶片,以避免因薄膜缺陷造成的不良影响,可以直接连接CAD/CAM,缩短制造周期,使其适用于和多种生产。
六.结尾
硬件工程师刚接触多层PCB的时候,很容易看晕。动辄十层八层的,线路像蜘蛛网一样。
今天画了几张多层PCB电路板内部结构图,用立体图形展示各种叠层结构的PCB图内部架构。
图片高密度互联板的核心在过孔
多层PCB的线路加工,和单层双层没什么区别,大的不同在过孔的工艺上。
线路都是蚀刻出来的,过孔都是钻孔再镀铜出来的,这些做硬件开发的大家都懂,就不赘述了。
多层电路板,通常有通孔板、一阶板、二阶板、二阶叠孔板这几种。更高阶的如三阶板、任意层互联板平时用的非常少,价格贼贵,先不多讨论。
一般情况下,8位单片机产品用2层通孔板;32位单片机级别的智能硬件,使用4层-6层通孔板;Linux和Android级别的智能硬件,使用6层通孔至8一阶HDI板;智能手机这样的紧凑产品,一般用8层一阶到10层2阶电路板。
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8层2阶叠孔,高通骁龙624
只有一种过孔,从层打到后一层。不管是外部的线路还是内部的线路,孔都是打穿的,叫做通孔板。
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通孔板和层数没关系,平时大家用的2层的都是通孔板,而很多交换机和电路板,做20层,还是通孔的。
用钻头把电路板钻穿,然后在孔里镀铜,形成通路。
这里要注意,通孔内径通常有0.2mm、0.25mm和0.3mm,但一般0.2mm的要比0.3mm的贵不少。因为钻头太细容易断,钻得也慢一些。多耗费的时间和钻头的费用,就体现在电路板价格上升上了。
高密度板的激光孔
图片
这张图是6层1阶HDI板的叠层结构图,表面两层都是激光孔,0.1mm内径。内层是机械孔,相当于一个4层通孔板,外面再覆盖2层。
激光只能打穿玻璃纤维的板材,不能打穿金属的铜。所以外表面打孔不会影响到内部的其他线路。
激光打了孔之后,再去镀铜,就形成了激光过孔。
2阶HDI板 两层激光孔
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这张图是一个6层2阶错孔HDI板。平时大家用6层2阶的少,大多是8层2阶起。这里更多层数,跟6层是一样的道理。
所谓2阶,就是有2层激光孔。
所谓错孔,就是两层激光孔是错开的。
为什么要错开呢?因为镀铜镀不满,孔里面是空的,所以不能直接在上面再打孔,要错开一定的距离,再打上一层的空。
6层二阶=4层1阶外面再加2层。
8层二阶=6层1阶外面再加2层。
叠孔板 工艺复杂价格更高
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错孔板的两层激光孔重叠在一起。线路会更紧凑。
需要把内层激光孔电镀填平,然后再做外层激光孔。价格比错孔更贵一些。
超贵的任意层互联板 多层激光叠孔
就是每一层都是激光孔,每一层都可以连接在一起。想怎么走线就怎么走线,想怎么打孔就怎么打孔。
FPC柔性电路有哪些主要材料?
在柔性电路中使用的主要材料是绝缘簿膜、胶黏剂和导线。绝缘簿膜形成了电路的基础。胶黏剂将铜箔黏接到绝缘簿膜上,在多层结构设计中,内部有许多层被黏合在了一起。使用外保护层将电与砂尘和潮气相隔绝,与此同时还可以降低在挠曲时所受的应力。导电层是由铜箔提供的。
在一些柔性电路中,采用铝或者不锈钢作为加强肋,以确保几何尺寸的稳定性。同时还可以提供在元器件和连接器插入时的机械支撑力,以及消除掉应力。加强肋采用胶黏剂黏接在柔性电路上面。
有时在柔性电路中采用的另外一种材料是黏接片(bond ply),它是由两面涂覆有胶黏剂的绝缘簿膜构成。黏接片能够提供环境保护和电气绝缘,它能够起到取消簿膜层和在层数较少的多层电路中起到黏接的作用。
许多绝缘簿膜可以从市场上采购到,常用的是聚酰亚胺和涤纶材料(如表1所示)。在美国的所有柔性电路制造厂商中,接近80%的厂商是采用聚酰亚胺簿膜作为柔性电路的材料,大约20%的制造厂商结合采用涤纶簿膜。
聚酰亚胺材料具有不易燃、几何尺寸稳定的特点,拥有较高的抗撕裂强度,并且能够忍受焊接时的高温。涤纶也称为聚对苯二甲酸乙二醇脂(polyethylene terephthalate 简称PET),物理性能与聚酰亚胺相类似,具有较低的介电常数和能够吸附少量的潮气,但是耐高温的能力较差。
涤纶的熔化点在250℃,它的玻璃化转变温度(Tg)为80℃,这些参数限制了它们在需要进行大量焊接的场合的使用。在低温状态下,它们较硬,但是它们仍适用于在电话以及其他不暴露在恶劣环境下工作的电子产品中使用。
聚酰亚胺绝缘簿膜通常与聚酰亚胺或者丙烯酸胶黏剂一起使用,绦纶绝缘簿膜一般与绦纶胶黏剂一起使用。在焊接或者在整个多层层压周期操作以后,黏接好的材料具有令人满意的特性优点,即稳定的几何尺寸。在胶黏剂中的其他重要特性是较低的介电常数、较高的绝缘阻抗、较高的玻璃化转变温度和较低的吸湿性。
在柔性电路中除了采用绝缘簿膜与导电材料相互黏接以外,胶黏剂也被用作防护涂覆来使用,它可以形成覆盖层(也称为coverlays)和表面涂层。这两者之间的主要差异在于所采用的应用方式不同。覆盖层是将胶黏剂覆盖在层压有电路的绝缘簿膜上面,而表面涂层是通过表面印刷的方式涂布胶黏剂。
不是所有的层压结构都要与胶黏剂相接合,不采用胶黏剂的层压结构与采用胶黏剂的层压结构相比较,能够提供更簿的电路、更佳的柔软性和更好的导热率。簿型结构的导热率和不采用耐热胶黏剂的结构,允许不采用胶黏剂的电路在不宜采用胶黏剂为基础的层压簿片的工作场合中使用。
在柔性电路中所使用的铜箔可以采用电沉积或者采用锻制的方式获得。采用电沉积制造的箔片一面是有光泽的,而另外一面是没有光泽的,它形成了可以弯曲的材料,可以形成不同的厚度尺寸和宽度尺寸。
由电沉积制成的箔片的无光泽一面常常需要采用特殊处理,以求改善其黏接性能。采用锻制方式形成的铜箔除了可以弯曲以外,具有一定的硬度和表面光滑度,可以适应要求动态柔性活动的场合使用。
柔性电路板FPC表面电镀知识
1.柔性电路板FPC电镀
(1)FPC电镀的前处理柔性印制板FPC经过涂覆盖层工艺后露出的铜导体表面可能会有胶黏剂或油墨污染,也还会有因高温工艺产生的氧化、变色,要想获得附着力良好的紧密镀层把导体表面的污染和氧化层去除,使导体表面清洁。
但这些污染有的和铜导体结合十分牢固,用弱的清洗剂并不能完全去除,因此大多往往采用有一定强度的碱性研磨剂和抛刷并用进行处理,覆盖层胶黏剂大多都是环氧树脂类而耐碱性能差,这样就会导致粘接强度下降,虽然不会明显可见,但在FPC电镀工序,镀液就有可能会从覆盖层的边缘渗入,严重时会使覆盖层剥离。在终焊接时出现焊锡钻人到覆盖层下面的现象。可以说前处理清洗工艺将对柔性印制板F{C的基本特性产生重大影响,对处理条件给予充分重视。
(2)FPC电镀的厚度电镀时,电镀金属的沉积速度与电场强度有直接关系,电场强度又随线路图形的形状、电极的位置关系而变化,一般导线的线宽越细,端子部位的端子越尖,与电极的距离越近电场强度就越大,该部位的镀层就越厚。在与柔性印制板有关的用途中,在同一线路内许多导线宽度差别的情况存在这就更容易产生镀层厚度不均匀,为了预防这种情况的发生,可以在线路周围附设分流阴极图形,吸收分布在电镀图形上不均匀的电流,大限度地所有部位上的镀层厚薄均匀。
因此在电极的结构上下功夫。在这里提出一个折中方案,对于镀层厚度均匀性要求高的部位标准严格,对于其他部位的标准相对放松,例如熔融焊接的镀铅锡,金属线搭(焊)接的镀金层等的标准要高,而对于一般防腐之用的镀铅锡,其镀层厚度要求相对放松。
(3)FPC电镀的污迹、污垢刚刚电镀好的镀层状态,特别是外观并没有什么问题,但不久之后有的表面出现污迹、污垢、变色等现象,特别是出厂检验时并未发现有什么异样,但待用户进行接收检查时,发现有外观问题。这是由于漂流不充分,镀层表面上有残留的镀液,经过一段时间慢慢地进行化学反应而引起的。特别是柔性印制板,由于柔软而不十分平整,其凹处易有各种溶液“积存?,而后会在该部位发生反应而变色,为了防止这种情况的发生不仅要进行充分漂流,而且还要进行充分干燥处理。可以通过高温的热老化试验确认是否漂流充分。
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2.柔性电路板FPC化学镀
当要实施电镀的线路导体是孤立而不能作为电极时,就只能进行化学镀。一般化学镀使用的镀液都有强烈的化学作用,化学镀金工艺等就是典型的例子。化学镀金液就是pH值非常高的碱性水溶液。使用这种电镀工艺时,很容易发生镀液钻人覆盖层之下,特别是如果覆盖膜层压工序质量管理不严,粘接强度低下,更容易发生这种问题。
置换反应的化学镀由于镀液的特性,更容易发生镀液钻入覆盖层下的现象,用这种工艺电镀很难得到理想的电镀条件。
3.柔性电路板FPC热风整平
热风整平原本是为刚性印制板PCB涂覆铅锡而开发出来的技术,由于这种技术简便,也被应用于柔性印制板FPC上。热风整平是把在制板直接垂直浸入熔融的铅锡槽中,多余的焊料用热风吹去。这种条件对柔性印制板FPC来说是十分苛刻的,如果对柔性印制板FPC不采取任何措施就无法浸入焊料中,把柔性印制板FPC夹到钛钢制成的丝网中间,再浸入熔融焊料中,当然事先也要对柔性印制板FPC的表面进行清洁处理和涂布助焊剂。
由于热风整平工艺条件苛刻也容易发生焊料从覆盖层的端部钻到覆盖层之下的现象,特别是覆盖层和铜箔表面粘接强度低下时,更容易频繁发生这种现象。由于聚酰亚胺膜容易吸潮,采用热风整平工艺时,吸潮的水分会因急剧受热蒸发而引起覆盖层起泡甚至剥离,所以在进行FPC热风整平之前,进行干燥处理和防潮管理。
PCB板材的Tg值
业界长期以来,Tg值是常见的用来划分FR-4基材的等级指标,通常认为Tg值越高,材料的可靠性越高。
比如下图老wu在南亚上边截取的关于FR-4板材的说明:
Tg135℃,板材用途:主机板、消费类电子产品等
Tg180℃,板材用途:CPU主板,DDR3 内存基板,IC封装用基板等等。
基材对于印刷电路板的作用,就像印刷电路板对于电子器件的作用一样重要。按照PCB的基材按性质可分为有机基板和无机基板两个大的体系。
有机基板由酚醛树脂浸渍的多层纸层或环氧树脂、聚酰亚胺、氰酸酯、BT 树脂等浸渍的无纺布或玻璃布层组成。这些基板的用途取决于 PCB 应用所需的物理特性,如工作温度、频率或机械强度。
无机基板主要包括陶瓷和金属材料,如铝、软铁、铜。这些基板的用途通常取决于散热需要。
我们常用的刚性印制板基板属于有机基板,比如FR-4环氧玻纤布基板,是以环氧树脂作粘合剂,以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板。
我们看到,FR-4以环氧树脂作为粘合剂,树脂材料有一个重要特性参数:玻璃化转变温度Tg(glass transition temperature),指的是材料从一个相对刚性或“玻璃”状态转变为易变性或软化状态的温度转变点。
玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互可逆转化的温度。啥意思?就是说FR-4基板的粘合剂环氧树脂若温度低于Tg,这时材料处于刚硬的“玻璃态”。当温度Tg时,材料会呈现类似橡胶般柔软可挠的性质。对!它~变【软】了~ 图片
玻璃态
树脂材料处于温度Tg以下的状态为坚硬的固体即玻璃态。在外力作用下有一定的变形但变形可逆,即外力消失后,其形变也随之消失,是大多数树脂的使用状态。
高弹态
当树脂受热温度超过Tg时,无定形状态的分子链开始运动,树脂进入高弹态。处于这一状态的树脂类似橡胶状态的弹性体,但仍具有可逆的形变性质。
注意,温度超过Tg值后,材料逐渐变软,是逐渐,而且只要树脂没有发生分解,当温度冷却到Tg值以下时,它还是可以变回之前性质相同的刚性状态。
氮素,有个Td值,叫热分解温度,树脂类材料被加热至某一高温点时,树脂体系开始分解。树脂内的化学键开始断裂并伴随有挥发成分溢出,那PCB基材里的树脂就变少了。Td点指的是这个过程开始发生的温度点。Td通常定义为失去原质量5%时对应的分解温度点。但这5%对于多层PCB来说是非常高的了。
我们知道,影响PCB上传输线特性阻抗的因素有,线宽,走线与参考平面间距,板材介电常数等等。而基板材料的树脂量对介电特性有很大的影响,而且树脂挥发后对控制走线与参考平面的间距也有影响。
对于无铅焊接工艺需要考虑这个Td值,比如传统的锡铅焊接工艺温度范围为210~245℃,而无铅焊接工艺温度范围为240~270℃。
下边两个这个截图是老wu在建滔官网上下载的两份板材的参数表做的对比,左边的是FR-4常规系列板材,右边是FR-4无铅板材
常规FR4 板材 KB-6160 Tg值为135℃,5%质量损失Td值为305℃
FR4无铅板材 KB-6168LE Tg值为 185℃,5%质量损失Td值为359℃
我们看到,常规FR4板材的Td值都在300℃以上,而有铅焊接工艺温度范围在240~270℃,Td值完全满足哇,为啥还要搞个无铅版本呢?
正如老wu上边所述,5%的树脂质量挥发率对于需要控制阻抗的多层PCB来说显得太大了,对于锡铅焊接工艺来说,210~245℃的温度材料基本不会出现明显的热分解,而无铅焊接的240~270℃温度区间,对于普通Tg FR-4 基材来说,已经开始损失1.5~3%的树脂质量。虽然不到IPC标准所要求的5%,但这损失的树脂质量也不可忽视。同时,这个分解水平,还可能会影响基材长期的可靠性或导致焊接过程中出现分层或空洞的缺陷,特别是需要多次焊接的过程或存在返修加热的情况。
所以,如果采用无铅焊接工艺的话,除了考虑Tg值,还要考虑Td值。
基板材料的性能在Tg值以上和在Tg值以下时差异很大,不过,Tg值一般被描述为一个非常的温度值,比如Tg135,并不是说温度一超过135℃基板就变得软趴趴,而是当温度接近Tg值开始,材料的物料性能会开始改变,它是一个逐步变化的过程。
树脂体系的Tg值对材料的性能影响主要有两个方面:
热膨胀的影响
树脂体系固化时间
板材受热膨胀,脑补一下画面,SMT焊接时BGA焊盘的间距是不是也就跟着变化了?而且,热膨胀导致的机械应力,会对PCB上的走线和焊盘的连接造成细微的裂纹,这些裂纹可能在PCB生产完毕后的开/短路测试时不会被发现,而在SMT等二次加热后故障就显现出来了,这往往让人很懵逼,而糟糕的情况是,SMT加热时暗病都没出现,在产品出去之后,在冷热交替的使用环境中,板材的受热膨胀让这些细微的裂纹随机性的发生,造成设备故障。
基板材料热性能参数除了标准Tg、Td值,还有热膨胀系数CTE,有X/Y轴方向的CTE也有Z轴方向的CTE。
Z轴的CTE对PCB的可靠性有很重要的影响。由于镀覆孔贯穿PCB的Z轴,所以基材中的热膨胀和收缩会导致镀覆孔扭曲和塑性形变,也会使PCB表面的铜焊盘变形。
而SMT时,X/Y轴的CTE则变得非常重要。特别是采用芯片级封装(CSP)和芯片直接贴装时,CTE的重要性更为,同时,X/Y轴的CTE也会影响覆铜箔层压板或PCB的内层附着力和抗分层能力。特别是采用无铅焊接工艺的PCB来说,每一层中的X/Y轴CTE值就显得尤其重要了。
那么,是不是高Tg值的基材就是好呢?在关于Tg值的许多讨论中,往往认为较高的Tg值总是对基材有利的,但情况也并非总是如此。可以确定的是,对于一种给定的树脂体系,高Tg值基材在受热时的材料高速率膨胀开始时间要相对晚一些,而整体膨胀则与材料的种类有很大关系。低Tg值的基材可能会比高Tg值的基材表现出更小的整体膨胀,这主要与树脂本身的CTE值,或者树脂配方中加入无机填料 降低了基材的CTE有关。
同时还要注意的是,有些低端的FR-4材料,标准Tg值是140℃的基材比标准Tg值是170℃的基材具有更高的热分解温度Td值。如上边老wu所述,Td对于无铅焊接来说是一个很重要的指标,一般建议选择Td数值较大的,而的FR-4往往同时具备高的Tg值和高Td值。
此外,高Tg值的基材往往比低Tg值的基材刚性更大且更脆,这往往会影响PCB制造过程的生产效率,特别是钻孔工序。
比如某创就发帖子说明,随着板子越来越密,过孔与过孔之间的间隙越来越小,对于材料要求越来越高,为此某创将提供TG=155的中TG板材为多层板收费服务!
为啥多收费?
TG=155的板材比TG=135的成本高20%左右,嗯 来料贵了
因为钻孔,中TG用新钻钻咀效果更佳(一般钻咀能磨4次),因为太硬
压合时间:普通TG=135的只需要压合110分钟,而中TG=1 55的压合150分钟
为啥要提供中或高Tg板材,板厂那边说,原因之一是因为高密的过孔,普通TG的过孔间距不能小于12MIL,而中TG不能小于 10MIL,因为板材有玻璃布,在钻孔的时候会有一些拉伤,两个过孔之间你拉一点我拉一点就形成了灯芯效应,而中TG因为硬,板材内的成份不一样,又加上用新钻咀能有效的防范灯芯效应,后续对于难度高的多层板,过孔间间隙太密,某创会强制客选择用中TG板材生产!
原因之二是基板的Tg提高了, 印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。TG值越高,板材的耐温度性能越好,尤其在无铅喷锡制程中,高Tg应用比较多。
这是从板厂的可制造性方面考虑,而如果是PCB装配采用无铅焊接工艺的话,还需要综合考虑玻璃化转变温度Tg、分解温度Td、热膨胀系数CTE、吸水率、分层时间等等因素。