PCB知识

第一章PCB基板材料覆铜箔层压板(CopperCladLaminates,简写为CCL)简称覆铜箔板或覆铜板，在整个印制电路板上，主要担负着导电、绝缘和支撑三个方面的功能。一、覆铜箔板的分类方法1、按板材的刚柔程度分为刚性覆铜箔板和挠性覆铜箔板两大类。2、按增强材料不同，分为：纸基、玻璃布基、复合基（CEM系列等）和特殊材料基（陶瓷、金属基等）四大类。3、按板所采用的树脂粘合剂，分为：（1）纸基板酚醛树脂XPC、XXXPC、FR-1、FR-2等板、环氧树脂FR-3板、聚脂树脂等类型。（2）玻璃布基板环氧树脂（FR-4、FR-5板）、聚酰亚胺树脂PI、聚四氟乙烯树脂（PTFE）类型、双马酰亚胺改性三嗪树脂（BT）、聚苯醚树脂（PPO）、聚二苯醚树脂（PPE）、马来酸酐亚胺一苯乙烯树脂肪（MS）、聚氰酸酯树脂、聚烯烃树脂等类型。4、按覆铜箔板的阻燃性能分类，可分为阻燃型（UL94-VO、V1级）非阻燃型（UL94-HB级）两类板。5、按基板的厚度及覆铜板厚度可分为:H/0,1/0,2/0-------单面板材;H/H,1/1,2/2--------双面板材;1-1-0.5OZ(安盎)1-1OZ(安盎)2-2OZ(安盎)6、覆铜箔板产品型号的表示方法（GB/T4721-92）（1）第一个字母C，表示铜箔；（2）第二、三两个字母，表示基材所用的树脂；①PF表示酚醛②EP表示环氧③UP表示不饱和聚酯④SI表示有机硅⑤TF表示聚四氟乙烯⑥PI表示聚酰亚胺⑦BT表示双马来酰亚胺三嗪（3）第四、五两个字母，表示基材所用的增强材料：①CP表示纤维素纤维纸②GC表示无碱玻璃布③GM表示无碱玻璃纤维毡④AC表示芳香族聚酰胺纤维布⑤AM表示芳香族聚酰胺纤维毡（4）覆铜箔板的基板内芯以纤维素纸为增强材料，两表面贴附无碱玻璃布者，在CP之后加“G”表示；（5）在字母末尾，用一短横线连着两位数字，表示同类型而不同性能的产品编号；（6）具有阻燃性的覆铜箔板，在产品编号后加有“F”字母表示。7、纸基覆铜箔板在20℃～60℃之间进行的冲裁加工称为冷冲，在60℃以上进行的冲裁加工称为热冲。8、UL标准与UL认证UL是“保险商试验室”的英文字头。（1）安全标准文件：UL746E（标准题目为：聚合材料工业用层压板、纤维缠绕管、硬化纸板及印制线路板用材料）。与UL746E有关的标准有：UL746A（聚合材料—短期性能评定）、UL746B（聚合材料—长期性能的评定）、UL746C（聚合材料—电气设备的评定）、UL796（印制电路板）、UL94（各种电气装置和设备中零部件用塑料的可燃性试验）。（2）覆铜箔板的UL认证，是以UL746E（96年10月开始实施的修订稿）、UL94为检测标准。认证过程中要进行试验测定的项目：①在判定UL申请的样品属于何种等级方面有：a、红外吸收光谱(IR)b、灰分c、热解重量分析(TG)d、耐燃性②在样品的层压板基板（去铜箔）的试验有：a、大电流起弧引燃(HAI)b、热丝引燃(HWI)c、高压起弧引燃(HVARI)d、高压电弧起痕速率(HVAIR)e、介电强度f、弯曲强度g、相比起痕指数(CTI)h、体积电阻率i、吸水性③覆有铜箔的样品试验有：a、铜箔粘合强度b、热冲击性（3）其它覆铜箔板质量安全认证机构①欧洲客户要求：BS（英国：BS-415）、VDE（德国：DINVDE0860）②北美洲客户要求：CSA（加拿大）二、覆铜箔板主要原材料介绍（一）按铜箔的制法，可分为压延铜箔（W类）和电解铜箔（E类）。[IPC-CF-150E]1、压延铜箔是将铜板经过多次重复辊轧而制成的，其耐折性和弹性系数大于电解铜箔，铜纯度（99.9%）高于电解铜箔（99.8%）。在毛面上比电解铜箔平滑，有利于电信号的快速传递。因此，在高频高速传递、细导线的PCB的基板上，采用压延铜箔；在音响设备上的PCB基材的使用，还可提高音质效果；还用于为了降低细导线，高层数的多层线路板的热膨胀系数（TCE）而制的“金属夹心板上”。2、电解铜箔是通过专用电解机（又称电镀机），在圆形阴极辊铜上连续生产出的，初产品称为毛箔，再经表面处理，包括粗化层处理，耐热层处理（纸基覆铜箔板所用铜箔无此处理），钝化处理。（1）热层处理有：镀黄铜处理（TC处理）；处理面呈灰色的镀锌处理（TS处理，或称TW处理）；处理面呈赤色的镀镍和锌处理（GT处理）；压制后处理面呈黄色的镀镍和锌处理（GY处理）等种类。常见电解铜箔的品种、特性代号对照IPC中等级特性STD1级型一般通用型产品HD2级型常温延伸性，耐折性好THE3级型常温延伸率大，高温延伸性良好MP粗化面为低粗化度，具有好的高温延伸性LP(VLP、SLP)粗化面为低粗化度，适用于精细图形的PCB上3、电解铜箔的各种技术性能与其对覆铜箔板性能的影响。（1）厚度。铜箔厚度用公称厚度和质量厚度（g/㎡）来表示。铜箔厚度标准铜箔代号公制英制允许公差单位面积质量(8/㎡)标称厚度（㎜）单位面积质量（OZ/ft2）标称厚度（mils）g/㎡㎜T(3/8)107.00.0120.350.47±10±0.001H(1/2)153.00.01720.500.68±15±0.0015M(3/4)229.00.02570.751.01±22±0.00251305.00.034311.35±30±0.00352610.00.068622.70±61±0.007（2）外观。表面要求无异物，无变色，无铜粉，不允许光泽面（S面）凹凸不平。（3）抗张强度与延伸率。STD型在高温下的延伸率和抗张强度较低，同时，由于它与基板材料热态下延伸率相差较大，会引起板的尺寸稳定性和平整性能变差，PCB的金属化孔的质量下降以及使用PCB时产生铜箔断裂问题。THE型和LP型在热态下延伸性方面比STD型铜箔优越。LP型因它的结晶结构更提高了它的韧性，在热态抗张强度方面更优于THE型铜箔，并在延伸率方面，高温下一直保持着与常态大致相同的性能。（4）剥离强度。铜箔与基材在高温高压压制后，它们之间的粘合强度（成垂直方向受力），称为铜箔剥离强度（又称抗剥强度）。决定此性能高低与铜箔的品种，粗化处理水平和质量，耐热层处理方式和水平有关；纸基覆铜箔板还与涂敷的铜箔胶粘剂有很大关系。低粗化度的LP、VLP、SLP型铜箔，在制作精细线条的PCB和多层板上，其抗剥强度性能比一般铜箔（STD型），THE型更优异些。对铜箔产品剥离强度的测定，除常态条件外，还有：浸焊锡后（260℃）高温中（在125℃），加热处理后（48小时/180℃），吸湿条件处理后（18℃HCL21℃20分钟浸渍），氢氧化钠浸泡处理后（10％NaOH，80℃，2小时浸渍）。其中酸性或碱液处理后的剥离强度性能用劣化率（％）来表示。（5）耐折性压延铜箔高于电解铜箔。电解铜箔横向略高于纵向；压延铜箔纵向比较稳定，横向在150℃的热处理温度下，低于电解铜箔，在150℃以上，才逐渐显示出较高的耐折性。（6）表面粗糙度铜箔的粗化面（M面）的粗化度，有两表示：一种表示是平均粗化度（Ra），它表示在一定面积铜箔粗化面上，粗化膜峰高低的中心线的以外一侧（峰尖侧）的平均高度。另一种表示是最大粗化度（Rmax）。（７）蚀刻性低粗化度的铜箔蚀刻性能优于普通铜箔，具有蚀刻时间短，并保证细导线幅宽的尺寸精度的优点。（８）抗高温氧化性在180℃热空气中处理30分钟后，观察光泽面是否变色，与铜箔钝化处理的质量水平有关。4、铜箔的厚度在17.5㎜（0.5OZ）以下称超薄铜箔(UTF)。生产厚度低于12㎜者，必须要有“载体”的帮助。目前生产的9㎜和5㎜厚的UTE，主要采用铝箔（0.05～0.08mm）或铜箔(0.05㎜左右)作为载体。（二）玻璃纤维布有铝硼硅酸盐型的碱玻璃纤维（E），D型或Q型（低介电常数）、S型（高机械强度）、H型（高介电常数），在覆铜箔板中绝大多数采用E型。1、玻璃布采用平纹组织布，具有断裂强度大，尺寸稳定性好，不易变形，重量厚度均匀的优点。2、表征玻璃布的基本性能的项目有：经纱、纬纱的种类、织布的密度（经纬纱根数）、厚度、单位面积的重量，幅宽以及断裂强度（抗张强度）等。3、纸基覆铜箔板的主要增强材料——浸渍纤维纸按纸浆的不同分为：棉纤维浆（以棉短绒为原料）和木纤维浆（又分为阔叶浆和针叶浆）。其主要性能指针有：纸的定量均匀性（一般选用125g/㎡或135g/㎡）密度、吸水性、抗张强度、灰分含量、水分等。三、按NIMA标准，一般纸基覆铜箔板按其功能划分，常见的有：XPC、XXXPC、FR－1（XPC－FR）、FR－2（XXXPC－FR）、FR－3等品种。除FR－3板为环氧树脂外，其它各类板均以酚醛树脂为主。以“FR”为代号的板，表示其具有阻燃性。1、一般纸基覆铜箔板采用单面覆铜箔为主，常用的厚度规格在0.8～2.0㎜范围内(0.8;1.0;1.2;1.6;2.0㎜)，适用于电子元器件孔的间距为1.78㎜，连接器孔的间距为2.0㎜的PCB的冲孔加工。2、XPC板（国内又称为“HB”板），主要用于收音机、收录机、电子钟、汉字处理器、个人计算机键盘、个人用小型计算器、电子琴、小型电动玩具等方面。FR－1板（国内又称为“VD”板），主要用于彩色电视机、显示器、工业监视器、录像机、VCD机、数码录音机、家用音响、洗衣机、电饭锅、电热毯等方面。3、酚醛纸基覆铜箔板的基本性能主要包括介电性能、机械性能、物理性能、阻燃性等。应用性能主要是指板的冲孔加工性，加工板的尺寸变化和平整性方面的变化，板在不同条件下的吸水性，板的冲击强度，板在高温下的耐浸焊性和铜箔剥离强度的变化等。（1）冲孔质量及预热温度的关系（X：不好；O：好）。加热温度破裂凸胀（拉包）孔断面层间分离尺寸变化孔收缩平整度低温×O※O※※O※OOO高温O××××××注：※在过低的温度下，密集孔的冲孔也容易造成基板的凸胀和层间分离现象。※※在过低的温度下冲孔，孔的切断面反而会变坏。（2）酚醛纸基覆铜箔板在PCB加工尺寸变化有如下规律：①尺寸变化率横向比纵向大。②在蚀刻、清洗后的烘干三次UV固化、干燥的加工过程，板的尺寸一般呈收缩变化，且收缩率较水。在冲孔加工区域，板的尺寸变化较大；冲孔加热后板的膨胀率增大，冲孔冷却后板的收缩率增大。③冲孔加热温度的增高，板的尺寸稳定性受到的影响也越来越大。（3）“动态平整度”测定表明：板的横向翘曲（弓曲方向同板的横向）大于纵向翘曲。板在制造图形的加工过程中，一般为负翘曲（铜箔在上的板形成“凹形”为负翘曲）；加热冲孔时为正翘曲，冲孔冷却后和波峰焊后均呈负翘曲。从总体上来看：当板在加工过程中尺寸膨胀时为正翘曲，收缩时为负翘曲。板的吸水性低其平整度为准，尺寸稳定性好。（4）印制电路加工过程尺寸变化的测试点①②③④⑤⑥⑦⑧⑨原始状态印刷阻蚀刻剂，干燥蚀刻洗净干燥阻焊油墨干燥丝网印刷干燥冲孔（加热）冲孔以后（冷却）钎焊烘烤温度,时间蚀刻温度、时间；洗净温度、时间温度时间烘烤温度,时间烘烤温度,干燥温度时间室温260℃5S2次4、板的加工性（冲孔加工性／机械加工、平整度、尺寸稳定性）；板的可靠性（耐湿性、耐金属离子的迁移性）；板的安全性（耐漏电痕迹性、阻燃性、环保问题）。四、玻璃布基覆铜箔板是指NEMA标准牌号为G10、G11、FR－4、FR－5四种环氧玻璃基覆铜箔板。G10、G11为非阻燃型板，FR－4、FR-5为阻燃型板。G11、FR-5的耐热性高于G10、FR-4板。目前FR－4板用量在一般型玻璃基覆铜箔板中占90%以上。1、一般玻璃布基覆铜箔板的增强材料采用E型玻璃纤维布，常用牌号为：7628、2116、1080三种；采用的电解粗化铜箔为0.018㎜（1/2OZ）、0.035㎜（1OZ）、0.07㎜（2OZ）三种。PC标准中规定：D、E、G分别表示单根纤维标称直径为5、7、9μm。2、一般FR－4板分为两种：（1）FR－4刚型板，常见板厚范围在0.8～3.2㎜。（2）多层线路板芯部用的薄型板，常见板厚范围在0.06～0.75㎜。注：薄型芯板的厚度为实测板厚度减去所覆铜箔厚度。3、PCB基板材料