PCB板材特性参数详解

层数多，厚度厚和面积大的高性能板，在焊接时，需要有更多的热容量，才能保 否则采用常规PCB的焊接温度和焊接时间，会造成“虚焊”。而且使用无铅爆料 还会增加20-30℃，增加焊接时间。
B. 基材的热分解温度Td(thermal decomposition temperature):
它表示印制板基材的热分解温度，是指基材的树脂受热失重5％时的温度，作 为印制板的基材受热引起分层和性能下降的标志。常采用热重量分析法（TGA）来测 量。
环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5) （1）环氧玻纤布覆铜板强度高，耐热性好，介电性好，基板通孔可金属化，实现双面和多层
印刷层与层间的电路导通，环氧玻纤布覆铜板是覆铜板所有品质中用途最广、用量最大 的一类。广泛用于移动通讯，数字电视，卫星，雷达等产品中。在全世界各类覆铜板中， 纸基覆铜板和环氧玻纤布覆铜板约占92% （2）在NEMA标准中，环氧玻纤布覆铜板有四种型号：G10(不组燃）、G11(保留热强度，不阻 燃）、FR-4（阻燃）、FR-5(保留热强度，阻燃）。目前环氧玻纤布覆铜板中，FR-4板 用量占90%以上，它已经发展成为可适用于不同用途环氧玻纤布覆铜板的总称； 半固化片存在方式： （1）片状：以张为单位，规格一般是16"*18" 16"*21" 18"*24" 12"*18"等标准尺寸。 （2）卷状：以卷为单位，规格一般是1.26*200m/卷，1.26*300m/卷，也有1.26m*125码/卷， 1.26m*250码/卷等 1码=0.9144米
K2是常数，f频率，Vc为光速，tanδ 为介电损耗正切角 4)介电常数与吸水性的关系
水在基材中的传输行为—理想Fick扩散模型 由于水的介电常数=80，远远大于基材的介电常数，因些在发生 吸水后，它的介电常数会随电导增大将会有不同程度地增大。所
以必须降低吸水率。 5）介电常数与耐离子迁移性的关系 从泊松电场方程和亨利电泳速度公式可以得出ε 越小，离子迁移
和介质极化滞后效应越明显，电能损耗或信号损失越多. 介损有RC串联和并联两种理想模型：串联模型tgδ =2π fRC，并联
模型tgδ =1/(2π fRC)，tgδ 分别随频率f成正比和反比。 频率越高介电常数越小，介质损耗越大
G.耐离子迁移性CAF（conductive Anodic Filamentation)
CTE对PCB的影响主要表现在以下三个方面：
1）对焊接可靠性的影响： 当焊锡，基材以及元器件CTE整体失配的情况下在焊接的过程中元器件的位置
会发生移动，在热环境作用下元器件越大影响越大。 膨胀失配主要取决于： CTE不匹配的差值，环境温度的波动范围以及膨胀位移. 整体膨胀失配会对焊点产生循环应力并导致疲劳，从而使焊点失效特别是角部
Dk为介质常数，A为平行板上下重叠的面积，d为介质 厚度
C为光速，ε r为有效相对介电常数，从中可以看到介质中信号的 传输速度与ε r的平方根成反比。延伸出介电常数与信号沿微带线 和带状线的延时关系。从下图的公式我们可以大概的计算出PCB走
线在不同层面大概延时时间。
微带线的传输延时简化计算公式：
埋入式微源自文库线和带状线传输延时简化公式
B.介电常数差异情况 半固化片主要由树脂和增强材料组成，其介电常数为各组分的介电常数分别乘以 体积比的和为总介电常数，可表示为：Er=V1XE1+V2XE2…… 下图实际测试板 边与板中间介电常数Dk偏差。
C.距板边不同距离的阻抗测试结果
D.距板边不同距离铜厚度差异
AMD在SCC制板所使用主要板材中Tg（中Tg>135,高 Tg>175):IT158,S1150G,Megtron-4
基材特性（三）
A.体积电阻率(Volume Resistivity) 体积电阻率，是材料每单位体积对电流的阻抗，用来表征材料的电性质。通
D.热分层时间（Time to Delamination):
分层时间为CCL耐热性的一个重要性能指标，俗称T260/T288，T260/T288表示采用稳 板材的抗爆板时间。T288代表最高温度为288℃采用热分析法（TMA）来进行测试，观察 Z轴膨胀多久而不致裂开。目前中Tg以下标准是T260 30分钟，T288是5分钟。高Tg是T26 T300为2分钟。
基材详解
• 基材原材料分类 • 基本的特性参数及详解 • 基材分类及选择
基材原材料
PCB板 原材料
Copper clad laminate
board(CCL)
preimpregnat e materials
(PP)
铜箔
树脂 （胶液）
玻璃布 纤维
树脂 （胶液）
玻璃布 纤维
压延铜箔
电解铜箔
酚醛树脂，环氧树脂， 聚四氟乙烯，聚酰亚 胺，三嗪和/或马来酰 亚胺树脂等 .常用环 氧树脂。组成：树脂， 固化剂，固化溶济， 胶液剂，固化剂加速 剂。
材料特性参数（二）
A.玻璃化转变温度Tg（Glass Transition Temperature) :非晶聚合物有三种 力学状态，它们是玻璃态，高弹态和粘流态。在温度较低时，材料为刚性固体 状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态为玻璃态，当 温度继续升高到一定范围后，材料形变明显增加，并在随后的一定温度区间形 变相对稳定，为高弹态，当温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘 性的流体，此时形变不可能恢复，此状态为粘流态。我们把玻璃态与高弹态之 间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的温度就是玻璃化转变温度。目前用于 玻璃化温度测定的热分析方法主要为差热分析（DSC）。以DSC为例，当温度逐 渐升高，通过高分子聚合物的玻璃化转变温度时，DSC曲线上的基线向吸热方 向移动（见图）。图中A点是开始偏离基线的点。将转变前后的基线延长，两 线之间的垂直距离为阶差Δ J，在Δ J/2 处可以找到C点，C点所对应的温度值 即为玻璃化转变温度Tg。还有动态力学性能分析（DMA），热机械分析（TMA）， 核磁共振法（NMR）等.
CTE降低导通孔的可靠性表现在以下方面
针对以上情况我们怎么解决？ 1）对材料的CTE进行协调来减小整体热膨胀失配。基材，焊料和器 件组合考虑，最优CTE差为1-3ppm/℃,因为器件太多，只能对可靠性 风险影响最大的元器件考虑。 2）增加连接柔顺性，对于表贴器件增加焊点厚度或者换成插件，减 小引脚的润湿长度来减小界面处应力。 3）填充器件与基板之间的空隙。 4）对过孔做thermal relief,减少对孔壁的应力。
E.介质常数Dk(Dielectric Constant/Permittivity): 介电常数是指每单位体积的绝缘物质在每单位电位梯度下所能储蓄静电能量
率（Permittivity)，介电常数与电容的关系如下图。
原外加电场（真空中）与介质中电场的比值即为相对介电常数(relative permitti 又称诱电率。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。
纤维素纸，E-玻璃纤 维布，聚芳酰胺纤维 纸，S-纤维布等。常 用E-玻璃纤维
基材原材料生产流 程
铜箔 按照铜箔的不同制法可分为压延铜箔和电解铜箔两大类。
（1）压延铜箔是将铜板经过多次重复辊轧而制成的原箔（也叫毛箔），根据要求进行粗化处理。 由于压延加工工艺的限制，其宽度很难满足刚性覆铜板的要求，所以在刚性覆铜板上使 用极少；由于压延铜箔耐折性和弹性系数大于电解铜箔，故适于柔性覆铜箔上；
通常表现为从电路中的阳极发散出来，沿着玻璃纤维与环氧树脂之间界面 表面朝着阴极方向迁移，形成导电性细丝物。它通常发生在过孔与过孔之间，过 孔与导线之间，导线与导线之间。从而造成两个相邻的导体之间绝缘性能下降甚
至造成短路，如下图表现方式。
失效分为两个阶段：1.高温高湿的环境下使得环氧树脂与玻璃纤维之间的附著力 出现劣化，并促成玻璃纤维表面硅烷偶联剂的化学水解，从而在环氧树脂与玻璃 纤维的界面上形成沿着玻璃纤增强材料形成CAF通路。2.铜腐蚀的水解反应，形 成铜盐的沉积物，并在偏压的驱动下形成CAF通路。特别注意银离子最容易形成 CAF。 影响CAF形成的因素： （1）基材选择 （2）导体结构 （3）电压梯度 （4）助焊剂 （5）潮气 基材的耐CAF优到劣排列：BT树脂基材>氰酸酯基>CEM-3基材>G-10基材>FR-4和PI 基材>环氧树脂/芳酰胺纤维布基材>聚酯基材. 测试条件：85℃/85%/50V-100V,条件下测试1000小时后保持绝缘电阻在5X10^8
的电场越小，耐离子迁移性越好
定义为：绝缘材料或电介质在交变电场中，由于介质电导和介 质极化的滞后效应，使电介质内流过的电流相量和电压相量之间产 生一定的相位差，即形成一定的相角，此相角的正切值即损耗因子 Df，由介质电导和介质极化的滞后效应引起的能量损耗叫做介质损 耗，这种能量损耗表现为材料发热。也就是说，Df越高，介质电导
（2）电解铜箔是将铜先溶解制成溶液，再在专用的电解设备中将硫酸铜电解液在直流电的作 用下，电沉积而制成铜箔，然后根据要求对原箔进行表面处理、耐热层处理和防氧化等 一系列的表面处理。
树脂 基板材料生产过程中，高分子树脂（Polymer Resin)是重要的原料之一。 主要功能是：作为铜箔与玻璃纤维布之间的粘合剂。 种类：根据不同类型的基板要求，可以采用不同的树脂，常用的有：酚酫树脂、环氧树 脂、三聚氰胺甲醛树脂，聚酯树脂以及一些特殊树脂如PI、PTFE、BT、PPE。
2）介电常数与阻抗的关系 单微带线介电常数与阻抗的简化公式：
条件：B-(T+H)小于0.05mm, 0.1<W/H<3, 0.1<ε <15
单带状线介电常数与阻抗的简化公式： 条件:W/H<2,T/H<0.25
双带状线介电常数与阻抗的简化公式： 差分线的阻抗约等于2倍的单端线阻抗:
综上所述:介电常数与阻抗平方根成反比,与线宽,铜厚与反 比关系,与参考层间距成正比.在保证特性阻抗的条件下我 们可以考虑采用低介电常数和薄的介质层厚度
结合处焊点。另外引脚刚度越大，越会产生较大的应力，无引脚的连接形式刚性更 大，长引脚可以通过自身材料的塑性变形调整形状，所以热膨胀失配导致的位移或 变形不会直接传递到焊点，而表贴引脚是一种极限，会产生较大的膨胀失配情况。 2）对层间对位度的影响：提高层间对准度 3）对导通孔可靠性的影响：避免引起孔壁断裂,焊盘剥离，内层铜撕裂，树脂凹缩。
H.相对漏电起痕指数CTI（Comparative Tracking index) 材料表面能经受住50滴电解液（0.1%氯化铵水溶液）而没有形成漏
电痕迹的最高电压值，单位为V。 聚合物绝缘材料有着特殊的电气破坏现象，即聚合物绝缘材料表面
在特定的条件下会发生电痕劣化现象，并且可以导致电痕破坏。电痕破坏 是指当材料表面存在潮湿与污秽、电场足够大时，表面将有漏电流产生， 在电流的焦耳热作用下，水分被蒸发，随着材料表面液膜的分离形成的缝 隙（称为干燥带）。在干燥带形成瞬间液膜间场强达到放电场强而导致放 电，放电产生的热量使材料表面局部碳化，由于碳化生成物的导电率高， 此处的电场密度集中于该碳化部分，引起放电的重复发生，在其周围产生 更多的碳化物，形成碳化导电路，并向电极方向伸展，最终导致短路。
C.热膨胀系数CTE(Coefficient of thermal expansion)：
描述了一个 PCB 受热或冷却时膨胀或收缩的一个百分率 ，其单位温度上升之 间引起的基板材料尺寸的线性变化。PCB在X.Y方向受玻璃布的钳制，CTE不大，目前 普便情况在11-15之间。主要关注的是板厚Z方向。 Z轴CTE采用热机分析法（TMA）来测量。 а1-CTE：Tg以下热膨胀系数，标准最高为60ppm/℃。 а2-CTE：Tg以上热膨胀系数，标准最高为300ppm/℃.
半固化片的特性参数（一）
RC含量是如何影响PCB板？
层压时，板边溢胶会导致板边介质厚度较板中间薄，板边与板中间介质厚度差异受固化片 越高，板边与板中间厚度差越大，且板边与板中间介质层厚度差异还会导致板边介电常数 板边介质厚度小，介电常数偏大均会导致阻抗偏小。 A.不同半固化片压合后距板边不同距离介质厚度的情况：