PCB線路板材測試與選擇

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。