评估 PCB 基材质量的相关参数

评估 PCB 基材质量的相关参数主要有玻璃化转变温度 Tg，热膨胀系数 CTE、PCB 分解温度 Td、耐热性、电气性能、PCB 吸水率。

 

玻璃化转变温度（Tg）

 

聚合物在某一温度之下，基材又硬又脆，称玻璃态：在这个温度之上，基材变软，机械强度明显变低。这种决定材料性能的临界温度称作玻璃化转变温度Tg。

 

Tg 温度过低，高温下会使PCB变形，损坏元器件。选择基板材料一般要求：

 

1.Tg 应高于电路工作温度；

 

2.无铅工艺要求高Tg（Tg ≥ 170℃）。

 

热膨胀系数（CTE）
 

CTE 定量描述材料受热后膨胀的程度。

 

CTE 定义：环境温度每升高1℃，单位长度的材料所伸长的长度，单位为10-6/℃。

 

计算公式：

 

α1 = Δl/(l0ΔT)式中，α1 为热膨胀系数；l0 为升温前原始长度；Δl 为升温后伸长的长度；ΔT 为升温后前的温差。SMT 要求低 CTE。无铅焊接由于焊接温度高，要求 PCB 材料具有更低的热膨胀系数。特别是多层 PCB，其 Z 方向的 CTE 对金属化孔的镀层耐焊接性影响很大。尤其在多次焊接或返修时，经过多次膨胀、收缩，会造成金属化孔镀层断裂，如图1-1所示。金鉴实验室采用专业设备，可精确测量材料在不同方向的CTE，为客户评估层压板与镀孔结构的可靠性提供数据支持。

 

PCB分解温度（Td）

 

Td 是树脂的物理和化学分解温度。

 

Td 是指当 PCB 加热到其质量减少5% 时的温度。图1-2（a）是两种 Tg 温度都是 175℃ 的 FR-4，但它们的 Td 温度不同。传统的PCB分解温度 Td 为300℃，无铅则要求更高的Td（340℃）。因此，建议无铅 PCB 的 Td 应当是指质量减少2%的温度。当焊接温度超过 Td 时，会由于化学链接的断裂而损坏 PCB 基材，造成不可逆转的降级。图1-2（b）是超过 Td 温度损坏层压基板结构的例子。

 

耐热性

 

PCB的耐热性通常通过其在特定高温条件下的保持时间进行评估，如t260、t288、t300等指标，分别表示在260℃、288℃、300℃环境下材料至分层或起泡的时间。该性能直接关系到板件在SMT二次回流、返修及长期高温工作环境下的结构完整性。SMT要求二次回流 PCB 不变形。

1.传统有铅工艺要求：t260℃≥50s2.无铅要求更高的耐热性：t260℃＞30min；t288℃＞15min；t300℃＞2min