IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第27页
4材 料 4.1 材料 选择 印制电 路 板材料有 多 种 、从 标准材料 到非 常 复杂的材料和 专用 材料 、 可 供 设计人员选 用 。 指 定材料 时 、 设计人员 首 先 必 须 确 定 该 电 路 板 必须满足 的技术要求。 这 些技 术要求包括 温 度( 焊 接和工 作 ) 、 电性能 、互连 件( 焊 接件 、连 接 器 ) 、 结构强度和电 路 密度。 值 得 注意 的 是 复杂度的 增加 会导 致 材料和 加 工 成…
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图3-6 印制板密度评价
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4材料
4.1 材料选择
印制电路板材料有多种、从
标准材料到非常复杂的材料和专用材料、可供
设计人员选用。指定材料时、设计人员首先必
须确定该电路板必须满足的技术要求。这些技
术要求包括温度(焊接和工作)、电性能、互连
件(焊接件、连接器)、结构强度和电路密度。
值得注意的是复杂度的增加会导致材料和加工
成本的上升。
从具有不同温度特性的材料组成一种复合材料
时、该材料最终所允许使用的温度上限值由组
成成分中温度性能最差的材料所决定。
比较不同材料时、另外一些重要的性能包括
有:
树脂成分配方;
耐燃性;
热稳定性;
结构强度;
电性能;
抗弯强度;
最大持续可靠的工作温度;
玻璃化温度(T
g
);
增强板材料;
非标准尺寸和公差;
机加工性或冲孔性;
热膨胀系数(CTE);
尺寸稳定性;
总厚度公差。
4.1.1 按结构强度选择材料
设计中选择层压
板要考虑的第一步就是准确地界定必须满足的
技术要求、如工作环境、振动、“G”负荷、
冲击(碰撞)、物理性能和电性能。
层压板宜选择标准结构、以减少批准的费用和
时间。有几种绝缘板可选时、最佳的选择应考
虑综合性能最好的。
材料的外形和尺寸上、应是容易得到的。特殊
的层压板可能很贵、并且订货到交货时间很
长。对特殊的层压板要按本节中所讨论的各参
数进行分析。
诸如机械加工、工艺处理、工艺成本和原材料
的总体规范等其它方面也应该考虑。
除了上述参数之外、线路板的结构强度必须达
到能承受装配和操作应力的要求。
4.1.2 按电⽓性能选择材料
一些需要考虑的
重要特性是电气强度、介电常数、耐潮性和水
解稳定性。表4-1列出了一些最常见体系的性
能。具体数值可咨询层压板厂商。
4.1.3 按环境性能选择材料
表4-2给出了环
境对几种常见树脂体系性能的影响。列出的都
是典型值、不同材料供应商之间会变化。具体
数据可咨询层压板生产商。
4.2 介质材料(包括预浸材料和粘接剂)
下文
中提到的粘接材料应用于下列各层相互间的粘
合: 铜箔、裸层压板、覆铜箔层压板或散热
层。
4.2.1 预浸处理的粘合层(预浸材料)
预浸材
料应与IPC-4101或UL746E中列出的类型相符。
大多数情况下、预浸材料宜与覆铜箔层压板具
有相同的树脂及增强方式。增强类型、标称树
脂流动度、标称比例流动厚度、标称胶凝时间
和标称树脂含量等均为工艺参数、由印制电路
生产过程决定。
除非是设计的强制性要求、这些值不应写在布
设总图中、而应仅仅在采购规范中由印制电路
板制造商指明。
4.2.2 粘接剂
可用于印制板组装件的粘接
材料、至少有五种基本树脂类型、 这些树脂
具备不同的性能。除了粘接质量或粘合强度、
选择粘接剂的条件还包括硬度、 热膨胀系数
(CTE)、服务温度范围、绝缘强度、固化条件
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和排气性。在某些情况下、结构粘接剂可有效
用于热粘合应用、见4.2.5。每种类型粘接剂
都各有优缺点。
用于粘接材料或密封材料的树脂体系、是根据
被粘接材料的特点及匹配性进行选择的。一些
特殊处理、诸如引发剂或催化剂可能是需要
的、可以让粘合表面适当活化。选择中也要考
虑粘接剂的确切目的及其使用环境。不长霉材
料也是一个考虑。受化学性质或绝缘性限制、
并非所有的粘接材料都可直接用于电子产品。
材料选择不好会导致产品降级或失效。
在实际应用中、能满足大多数粘接性能要求的
材料往往只有少数的几种。大多数粘接材料都
有贮存期和保存期的限制。
4.2.2.1 环氧
环氧树脂成分配方是电绝缘和
机械粘接中最为通用的粘接剂。它们的物理性
能和电性能范围很宽、包括粘接和附着强度、
硬度、耐化学性、导热性和热真空稳定性。它
表4-1 常⽤介质材料的典型性能
性能
材料
FR-4(环氧E玻璃) 多功能环氧树脂 ⾼性能环氧树脂
双马来铣亚胺三
嗪/ 环氧 聚铣亚胺 氰酸酯
介电常数
(纯树脂)
3.9 3.5 3.4 2.9 3.5-3.7 2.8
介电常数
(增强树脂)
1
——————
电强度
2
(V/mm) 39.4x10
3
51.2X10
3
70.9x10
3
47.2x10
3
70.9x10
3
65x10
3
体积电阻率
(Ω.cm)
4.0x10
6
3.8x10
6
4.9x10
6
4x10
6
2.1x10
6
1.0x10
6
吸水率(wt%) 1.3 0.1 0.3 1.3 0.5 0.8
损耗系数(DX) 0.022 0.019 0.012 0.015 0.01 0.004
1
介电常数值见表6-2
2
所列电气强度值通常是在层压板厚度为0.125mm[000492in]的条件下测试得到的。这些值对高电压设计不是线性的、
有一最小介质间距、例如小于0.09mm[0.00354in]
表4-2 常⽤介质材料的环境特性
环境特性
材料
FR-4
(环氧E玻璃)
多功能环氧树脂
(E玻璃)
⾼性能环氧树脂
(E玻璃)
双马来铣亚胺三
嗪/ 环氧
聚铣亚胺
(E玻璃) 氰酸酯
XY面热膨胀率(ppm/ºC) 16-19 14-18 14-18 ~15 8-18 ~15
低于玻璃化温度
的Z向热膨胀率
(ppm/ºC)
50-85 44-80 ~44 ~70 35-70 81
玻璃化温度T
g
(ºC) 110-140 130-160 165-190 175-200 220-280 180-260
弯曲模量(x10
10
Pa)
纬
1
经
2
1.86
1.20
1.86
2.07
1.93
2.20
2.07
2.41
2.69
2.89
2.07
2.20
抗拉强度(x10
10
Pa)
纬
1
经
2
4.13
4.82
4.13
4.48
4.13
5.24
3.93
4.27
4.82
5.51
3.45
4.13
1
纬—横向的织线
2
经—纵向的织线
3
高于玻璃化温度时Z轴膨胀率会增加四倍多。对于FR-4是(240—390)ppm。其它材料的数值与供应商联系。
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