IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第29页

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…

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

环氧、硅橡胶和氨基甲酸酯是通常用来配制导

电粘接剂的树脂。环氧导电胶粘结强度最好、

硅橡胶第二、氨基甲酸酯第三。固化条件和填

料含量对材料的抗拉强度影响很大。对一特定

情况下导电粘接剂的选择应考虑结合强度、服

务温度、CTE对粘合的影响、及所要求的体积

电阻率或导电率。

4.2.5 热/电绝缘粘接剂

导热性粘接剂由环

氧、硅树脂、氨基甲酸酯和一些丙烯酸酯基材

料加填料而成。填料通常是氧化铝或氧化镁干

粉。

4.2.5.1 环氧

环氧类材料具有最大的结合强

度、最优的耐溶剂性、良好的导热性和高电

阻。作为双组分体系、催化剂的选择影响固化

条件、并最终影响玻璃化温度、因为玻璃化温

度受固化条件影响。

4.2.5.2 硅橡胶

硅橡胶的结合强度和刚性

(硬度)比环氧材料都相对较低。耐溶剂性比环

氧差。作为双组分体系、其它性能依不同配比

而定; 具有好的导热性和高电阻。

硅橡胶可以湿固化或热固化、后者是用加热促

进固化。除了氯丁橡胶、一些常温硫化(RTV)

硅橡胶和一些固化剂残余物以外、硅橡胶可与

大多数材料相接触下良好固化。某些粘合中需

要打底。

4.2.5.3 聚氨酯橡胶

聚氨酯橡胶的硬度、力

学和电学性能可以变化很大、只要改变固化剂

与树脂比例。用这种方法、材料状态可从软弹

性变为硬刚性。根据不同应用条件、有多种配

方可供选择、这是充填聚氨酯橡胶的一个优

点。

聚氨酯橡胶的特点是结合强度和刚性(硬度)比

环氧低。耐溶剂性也比环氧差: 双组份体系性

能随组成配比而

变。具有好的导热性和高电

阻。

4.2.5.4 ⽤结构粘结材料作导热粘接剂

在设

计中导热性要求不是很重要时、经热分析确定

用结构粘接材料(见4.2.2)代替导热粘接剂是

可以的、这是一个较便宜有效的备选方式。

4.3 层压材料

层压材料应从IPC-4101或

IPC-4202所列材料中选择。当执行UL要求时、

印制板制造厂使用的材料必须经UL许可。

线路板的设计应该是当加上导线/绝缘层所有

其它热源后、导线电流产生的内部温度升高、

不应使工作温度超过层压材料温限或组装件最

高持续工作温度。

线路板上部件散热会影响局部热效应、材料选

择应考虑这个因素、再加上设备内部总温升及

设备特定的操作环境温度、可认为是设备的最

高工作温度。

热点温度不应超过所选层压材料的温限。层压

材料的最高工作温度见IPC-2222。使用的材料

(覆铜箔、预浸材料、铜箔、散热片等)应在布

设总图中规定。

4.3.1 着⾊剂

最好是自然本色、因为不论

什么时候加入颜料来改变颜色、都存在颜料降

低预浸树脂完全浸润每根玻璃纤维能力的可能

性。如没有完全浸润、水汽就会进入。

由于着色材料会增加成本、所以一般不宜使

用。有时会因没有库存着色材料、生产也可能

被耽搁。如必须用着色材料、应在采购单上指

明。

4.3.2 介质厚度/间距

最小介质厚度/间距应

在布设总图上指明。

4.4 导电材料

金属涂覆层的主要作用就是

形成导电图形。除了这个主要作用、专用镀覆

层还有一些象抗腐蚀、延长可焊性时间、耐磨

等作用。

半成品线路板上的金属涂镀层的厚度和完整性

要求应与表4-3中适当等级设备的技术要求相

符。除非布设总图上另有规定、否则金属涂镀

层应满足4.4.1到4.4.8的技术要求。宜把注意

IPC-2221A 2003年5月