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PCB線路板材測試與選擇

2020-10-15 18:00:36
1.成品板長期可靠性評(píng)估
IST(印刷電路板測試方法)可用于快速評(píng)估成品多層板的可靠性。測試板的密集通孔由菊花鏈串聯(lián)設(shè)計(jì)。測試時(shí),故意將電流同步施加到每個(gè)通孔上,在電阻的作用下會(huì)產(chǎn)生150的高溫,然后斷電后回到室溫。所以熱循環(huán)的快速IST測試可以取代傳統(tǒng)的耗時(shí)的熱循環(huán)測試(通常需要168小時(shí)以上)。測試結(jié)束后,計(jì)算測試板在電氣故障前能夠承受熱循環(huán)測試的次數(shù),可以作為通孔長期可靠性的一個(gè)指標(biāo)。經(jīng)過測試,當(dāng)電阻上升10%而失效時(shí),實(shí)際上從進(jìn)一步的微片可以看到銅和孔壁的微裂紋。IST可以評(píng)價(jià)通孔鍍銅的電氣質(zhì)量,可以模擬PCB多次組裝后的電氣可靠性和焊接溫升曲線。
為了評(píng)估成品板的Z軸熱膨脹系數(shù)的降低與Td的長期可靠性之間的關(guān)系,研究人員比較了各種基板的性能。預(yù)先篩選了四塊選定的板,以確定測試的數(shù)據(jù)范圍,該數(shù)據(jù)范圍確實(shí)可以涵蓋當(dāng)今市場上大多數(shù)板的可靠性規(guī)格,這四塊板的詳細(xì)特性如表1所示。
首先,每一種被測樹脂都是由7628玻璃布組成的基底,用來測量其CTE值。多層板由于組合方式不同,CTE值往往也不同。
板A為FR-4傳統(tǒng)基材,TG為175,而另一種改性板A除Z軸熱膨脹系數(shù)低外,與A具有相同的特性。B  產(chǎn)品的z軸CTE與A  產(chǎn)品相同,但其Td(350)高于a  (310)。C  產(chǎn)品的z軸CTE低,其Td也高。在上表中,Tg之前的z軸CTE也叫-1CTE,Tg之后也叫-2CTE。
用于評(píng)估的測試板為20層板,厚度為0.105英寸,通孔直徑為0.012英寸。孔壁鍍銅層的目標(biāo)厚度為1.01mil,實(shí)際平均厚度約為0.7-0.8 mil,最小厚度為0.6mil,就一般認(rèn)知而言,PCB制造的變異很可能會(huì)影響這個(gè)測試,所以所有樣品的工藝都刻意做得一樣,以盡量減少工藝誤差。圖15示出了對(duì)應(yīng)于成品板的電氣故障的IST  熱循環(huán)時(shí)間的比較。圖中三種顏色代表成品板完全沒有預(yù)熱處理的對(duì)照情況,分別在230預(yù)熱3次和6次。
PCBA加工
對(duì)于不同厚度的板,IST試驗(yàn)的結(jié)果明顯不同。Td是310,經(jīng)不起200多次熱循環(huán)測試。相比之下,當(dāng)Td為350時(shí),可容忍的熱循環(huán)試驗(yàn)已經(jīng)超過500次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí),Z軸越小的基板電可靠性越好,但影響程度仍不如Td越高的基板明顯。此外,必須盡可能擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置范圍,以證明降低Z軸CTE有一定的優(yōu)勢,同時(shí)也要測試樣品間Z軸CTE的差異。綜上所述,在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi),初步結(jié)果表明,Td較高的材料可靠性也有很大提高;對(duì)于Z軸下CTE,有利于可靠性,但改善不太顯著。
二、對(duì)CAF的抵制
陽極玻璃束泄漏現(xiàn)象是近年來基板研究的熱點(diǎn)。當(dāng)電路板繼續(xù)向密集組裝移動(dòng),并接近其通孔之間的距離,無鉛焊接的熱量增加時(shí),CAF會(huì)引起更多的關(guān)注。本文不打算深入討論這種泄漏現(xiàn)象。但是,最近研究人員發(fā)現(xiàn),如果FR-4基質(zhì)中的硬化劑放棄雙氰胺配方Dicy,其抗CAF性會(huì)優(yōu)于仍使用Dicy的基質(zhì)。主要是因?yàn)镈icy的極性強(qiáng),所以吸水更大更快。B  產(chǎn)品和C  產(chǎn)品為非Dicy硬化劑的基材,其抗CAF性能優(yōu)于含Dicy的A  產(chǎn)品等同類板材。圖3是由C  產(chǎn)品組成的10層測試板。在測試過程中,故意施加100伏直流偏壓,并測量了測試板在高溫高濕老化過程中四種孔距的平均絕緣電阻。讀者可以清楚地看到,孔距越近,其抵抗CAF的能力越差。
不及物動(dòng)詞電氣因素
電性能是新襯底必須考慮的另一個(gè)特性,特別是在高頻領(lǐng)域。如前所述,介電常數(shù)(Dk)和耗散因子(Df)是兩個(gè)重要參數(shù)。幸運(yùn)的是,耐熱性提高的FR-4基板的電氣性能并沒有太大的惡化。研究人員使用了一個(gè)復(fù)雜的參數(shù)來測量Dk和Df。表2顯示了基板A、B、C和其他兩個(gè)競爭對(duì)手的板的Dk測量值,表3顯示了上述五個(gè)板的Df測量值。本試驗(yàn)中使用的基材由2116玻璃布組成,其含膠量為50%(重量)。
三.結(jié)論
就目前情況而言,電路板行業(yè)的趨勢推動(dòng)FR-4板不斷改進(jìn),其主要研發(fā)重點(diǎn)是基板耐熱性的提高和耐CAF性的提高。但是,必須在不損害其他物理性能(如電性能)的情況下進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)然,簡單地改善電路板的一兩個(gè)物理性能并不困難,但如果既要考慮電路板制造的穩(wěn)定性和成本,又要能夠改善電路板的整體特性,就不容易了。
其他結(jié)論可能包括:
1.雖然基板需要規(guī)定Tg規(guī)格,但不足以滿足無鉛焊接的應(yīng)用。
2.板厚Z軸CTE的減小可以提高基板的長期可靠性。
3.必須提高樹脂的Td以保證其耐熱性。讀者可以從本文所述的各種可靠性測試中了解到,基板的Td對(duì)其整體長期可靠性的影響是極其關(guān)鍵的。

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