PCB的耐熱性評估
發(fā)布時間:2012/10/3 22:14:57 訪問次數(shù):2432
由于無鉛DA1196 焊接溫度也比有鉛焊料焊接溫度高40℃,達到240℃~250℃。高的焊接溫度對PCB的基材和焊盤膠合的牢固度是嚴峻的考驗,所以基材必須在焊接的溫度下不起泡、不分層和不變形,要有較高的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性,通常這些要求通過下列技求參數(shù)進行量化評估。
(1)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)
除了陶瓷基板外,幾乎所有的層壓板都含有聚合物。聚合物是由有機材料合成而來的,它的特點是在一定溫度條件下,基材形態(tài)會發(fā)生變化,在這個溫度之下基材是硬而脆的,即類似玻璃的形態(tài),通常被稱為玻璃態(tài);若在這個溫度之上,材料會變軟,呈橡膠樣形態(tài),人們又稱為橡膠態(tài)或皮革態(tài),此時它的機械強度明顯變低,因此人們把這種決定材料性能的臨界溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Glass Transtion Temperture)。顯然,作為結(jié)構(gòu)材料來說,人們都希望它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高越好,玻璃化轉(zhuǎn)變濕度是聚合物特有的性能,它是選擇基板的一個關鍵參數(shù),其道理何在呢?這是因為在SMT焊接過程中,焊接溫度通常在220℃左右,遠遠高于PCB基板的Tg,故PCB受高溫后會出現(xiàn)明顯的熱變形,而片式元器件卻是直接焊在SMB表面的,當焊接溫度降低后,焊點通常在180℃就首先冷卻,而此時SMB溫度仍
高于Tg,PCB仍處于熱變形狀態(tài),直至PCB完全冷卻時必然會產(chǎn)生很大的熱應力,該應力作用在元器件引腳上,嚴重時會使元器件損壞,如圖3.5歷示。
為什么當電路基板處于基板聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度時,其膨脹量會大于在Tg溫度以下同樣溫升的膨脹量呢?由試驗測得在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下,基板材料的熱膨脹量和溫度近似成線性關系,即基板材料的CTE近似常數(shù),而一旦溫度超過材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度,基板材料的熱膨脹量則將隨溫度成指數(shù)關系,即隨溫度升高,CTE按指數(shù)增大。
現(xiàn)選用兩種常用的基板材料,環(huán)氧玻璃纖維板FR-4和聚酰亞胺玻璃纖維板定量地說明上述現(xiàn)象,圖3.6給出的曲線是通過試驗繪制的。
由于無鉛DA1196 焊接溫度也比有鉛焊料焊接溫度高40℃,達到240℃~250℃。高的焊接溫度對PCB的基材和焊盤膠合的牢固度是嚴峻的考驗,所以基材必須在焊接的溫度下不起泡、不分層和不變形,要有較高的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性,通常這些要求通過下列技求參數(shù)進行量化評估。
(1)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)
除了陶瓷基板外,幾乎所有的層壓板都含有聚合物。聚合物是由有機材料合成而來的,它的特點是在一定溫度條件下,基材形態(tài)會發(fā)生變化,在這個溫度之下基材是硬而脆的,即類似玻璃的形態(tài),通常被稱為玻璃態(tài);若在這個溫度之上,材料會變軟,呈橡膠樣形態(tài),人們又稱為橡膠態(tài)或皮革態(tài),此時它的機械強度明顯變低,因此人們把這種決定材料性能的臨界溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Glass Transtion Temperture)。顯然,作為結(jié)構(gòu)材料來說,人們都希望它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高越好,玻璃化轉(zhuǎn)變濕度是聚合物特有的性能,它是選擇基板的一個關鍵參數(shù),其道理何在呢?這是因為在SMT焊接過程中,焊接溫度通常在220℃左右,遠遠高于PCB基板的Tg,故PCB受高溫后會出現(xiàn)明顯的熱變形,而片式元器件卻是直接焊在SMB表面的,當焊接溫度降低后,焊點通常在180℃就首先冷卻,而此時SMB溫度仍
高于Tg,PCB仍處于熱變形狀態(tài),直至PCB完全冷卻時必然會產(chǎn)生很大的熱應力,該應力作用在元器件引腳上,嚴重時會使元器件損壞,如圖3.5歷示。
為什么當電路基板處于基板聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度時,其膨脹量會大于在Tg溫度以下同樣溫升的膨脹量呢?由試驗測得在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下,基板材料的熱膨脹量和溫度近似成線性關系,即基板材料的CTE近似常數(shù),而一旦溫度超過材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度,基板材料的熱膨脹量則將隨溫度成指數(shù)關系,即隨溫度升高,CTE按指數(shù)增大。
現(xiàn)選用兩種常用的基板材料,環(huán)氧玻璃纖維板FR-4和聚酰亞胺玻璃纖維板定量地說明上述現(xiàn)象,圖3.6給出的曲線是通過試驗繪制的。
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