IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第28页

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 …

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

);

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

2003年5月 IPC-2221A

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)

——————

电强度

(V/mm) 39.4x10

51.2X10

70.9x10

47.2x10

70.9x10

65x10

体积电阻率

(Ω.cm)

4.0x10

3.8x10

4.9x10

4x10

2.1x10

1.0x10

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

介电常数值见表6-2

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

(ºC) 110-140 130-160 165-190 175-200 220-280 180-260

弯曲模量(x10

Pa)

纬

经

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

Pa)

纬

经

4.13

4.82

4.13

4.48

4.13

5.24

3.93

4.27

4.82

5.51

3.45

4.13

纬—横向的织线

经—纵向的织线

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。

IPC-2221A 2003年5月

们具有不同的固化方法和固化时间。按它的预

期用途、要深入评审。除开其它性质、还应该

考虑热膨胀系数和玻璃化温度、以避免出现问

题。可以用多种改性材料、填料和强化材料与

环氧进行复合、使其具有特殊用途和扩大温度

范围。

4.2.2.2 硅橡胶

硅橡胶作为弹性材料、在室

温和极端温度条件下具有非常好的电学和机械

性能。它有几种固化方式、包括使用湿气、金

属盐等。硅树脂会析出乙酸、应避免应用于电

子仪器中。硅橡胶在粘合强度、抗拉强度和硬

度性能方面往往显著地低于环氧。较长时间暴

露在某些化学品中、硅树脂会发生溶胀。一些

金属盐固化的硅树脂能与四氟乙烯(TFE)、聚

四氟乙烯(PTEF)

起反应。敷形涂层、除了硅树

脂以外、一般不能附着在固化的硅树脂材料

上。硅树脂常常用作产品缓冲外涂层、而后产

品便可封装在硬的密封体中。

很多高纯度硅树脂具有良好的热真空稳定性、

都是可用的。硅树脂凝胶也是可以用的、具有

增强性能可作密封胶囊。这些材料一旦使用、

一般需要物理保护、例如灌封帽或套罩、以保

持

其形状。

4.2.2.3 丙烯酸树脂

丙烯酸树脂一般能快速

固化、具有良好的电气与性能、粘接性能和硬

度。耐化学性和热真空稳定性往往显著地低于

环氧。这些材料的玻璃化温度也往往较低。

4.2.2.4 聚氨酯

聚氨酯可以使用的改性化合

物几乎与环氧的一样多。这些材料一般说来有

韧度、高弹性、宽硬度范围和好的粘接性。一

些氨基甲酯化合物可作很好的减震材料。耐湿

和耐化学性相对较高、但也因产品而异。热真

空稳定性也因产品成分而异。许多氨基甲酯可

以用于厚度要求相对厚的应用中、用作局部减

震件。

4.2.2.5 专⽤的丙烯酸酯基粘接剂

这一类中

包括氰基丙烯酸酯(瞬时固化)和无氧粘接剂

(无氧固化)。氰基丙烯酸酯只要有痕量的水

分、不需要催化剂、在几秒钟内就能与表面强

力粘接。当过氧化物添加剂能被某些过渡金属

离子分解、无氧粘接剂就可以在无氧条件下固

化。两种类型粘接剂均具有很高的初始粘合

强度、可用于布线叠层和暂时性粘接应用。瞬

时固化粘接剂一般耐冲击性较差、在温度超过

82ºC[179.6ºF]潮湿环境中易老化。无氧粘接

材料能耐较高温度、但在化学品长时间作用下

会导致强度丧失。

4.2.2.6 其它粘接剂

其它类型可用的粘接剂

有很多、包括聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、橡胶

树脂、乙烯树脂、热熔体、压敏材料等等。这

些材料用在哪里由设计需要及性能要求所决

定。诸如晶片粘接等特殊用途材料、应结合所

用设备进行选择、这是为了确保与设备和生产

工艺完全兼容。

4.2.3 粘接膜或⽚

用于散热片、增强板等或

者绝缘体的粘接膜或片一般要符合IPC-4203或

IPC-4101标准。

在叠层结构中、膜型粘接剂用得较多。粘接膜

可预制成给定的形状或尺寸、这在一些层压部

件制作中具有明显的优势。环氧基粘接膜有很

好的粘合强度但需要高温固化。粘接膜通常用

来将散热片粘在印制板上。

通孔(THT)印制板和散热片可用干环氧粘接片

粘在一起、来提高传热或减震。环氧浸渍过的

玻璃布粘接材料可以制成散热片的外形、夹在

印制板和散热片之间后、在一定温度和压力下

固化。固化后粘接剂牢固且有减震作用、并可

以耐高温和溶剂。对大多数情况只要0.1mm

[0.0039in]厚就够了。必要时、可以规定为两

片。

4.2.4 导电粘接剂

这类粘接剂通常由一种导

电性填料组成、例如将石墨(碳)或银粉包埋在

聚合树脂粘接剂中、这样以获得导电性。体积

电阻率、衡量材料导电性的一个参数、有较宽

的数值范围、与所预计的用途相配。这可以通

过使用不同类型填料和填充量来达到。材料的

粘合强度会因掺入导电填料而有所降低。

2003年5月 IPC-2221A