PCB电路板是以铜箔基板( Copper-clad Laminate 简称CCL ) 做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件, 故从事PCB电路板之上下游业者必须对基板有所了解: 有那些种类的基板, 它们是如何制造出来的, 使用于何种产品, 它们各有那些优劣点, 如此才能选择适当的基板. 表3.1 简单列出不同基板的适用场合. 基板工业是一种材料的基础工业,是由介电层( 树脂Resin , 玻璃纤维Glass fiber ), 及高纯度的导体( 铜箔Copper foil ) 二者所构成的复合材料( Composite material), 其所牵涉的理论及实务不输于PCB电路板本身的制作. 以下即针对这二个主要组成做深入浅出的介绍。
3.1 介电层
3.1.1 树脂 Resin
3.1.1.1 前言目前已使用于PCB线路板之树脂类别很多, 如酚醛树脂( Phonetic ) 、环氧树脂( Epoxy ) 、聚亚醯胺树脂( Polyamide )、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene, 简称PTFE或称TEFLON),B一三氮树脂(Bismaleimide Triazine 简称BT ) 等皆为热固型的树脂(Thermosetted Plastic Resin).
3.1.1.2 酚醛树脂 Phenolic Resin
是人类最早开发成功而又商业化的聚合物. 是由液态的酚(phenol) 及液态的甲醛( formaldehyde 俗称formalin ) 两种便宜的化学品, 在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥( Crosslinkage ) 的连续反应而硬化成为固态的合成材料. 其反应化学式见图3.1 1910 年有一家叫Bakelite 公司加入帆布纤维而做成一种坚硬强固, 绝缘性又好的材料称为Bakelite, 俗名为电木板或尿素板. 美国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 将不同的组合冠以不同的编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字列表, 如表NEMA 对于酚醛树脂板的分类及代码。
表中纸质基板代字的第一个"X" 是表示机械性用途, 第二个"X" 是表示可用电性用途. 第三个"X" 是表示可用有无线电波及高湿度的场所. "P" 表示需要加热才能冲板子( Punchable ), 否则材料会破裂, "C" 表示可以冷冲加工( cold punchable ),"FR" 表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃( Flame Retardent) 或抗燃(Flame resistance) 性. 纸质板中最畅销的是XXXPC及FR-2．前者在温度 25 ℃ 以上, 厚度在 .062in 以下就可以冲制成型很方便 , 后者的组合与前完全相同 , 只是在树脂中加有三氧化 。二锑增加其难燃性 . 以下介绍几个较常使用纸质基板及其特殊用途 :
A 常使用纸质基板
a. XPC Grade: 通常应用在低电压、低电流不会引起火源的消费性电子产品, 如玩具、手提收音机、电话机、计算器、遥控器及钟表等等.UL94对XPC Grade 要求只须达到HB难燃等级即可.
b. FR-1 Grade: 电气性、难燃性优于XPC Grade,广泛使用于电流及电压比XPC Grade稍高的电器用品, 如彩色电视机、监视器、 VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等.UL94 要求FR-1难燃性有V-0、V-1 与V-2 不同等级, 不过由于三种等级板材价位差异不大,而且考虑安全起见, 目前电器界几乎全采用V-0 级板材.
c. FR-2 Grade: 在与FR-1比较下, 除电气性能要求稍高外, 其它物性并没有特别之处, 近年来在纸质基板业者努力研究改进FR-1 技术,FR-1 与FR-2的性质界线已渐模煳,FR-2 等级板材在不久将来可能会在偏高价格因素下被FR-1 所取代 .
B. 其它特殊用途 :
a. 铜镀通孔用纸质基板 主要目的是计划取代部份物性要求并不高的 FR-4 板材, 以便降低 PCB的成 本.
b. 银贯孔用纸质基板时下最流行取代部份物性要求并不很高的FR-4 作通孔板材, 就是银贯孔用纸质基板印刷电路板两面线路的导通, 可直接借由印刷方式将银胶(Silver Paste) 涂布于孔壁上, 经由高温硬化, 即成为导通体, 不像一般FR-4 板材的铜镀通孔, 需经由活化、化学铜、电镀铜、锡铅等繁杂手续 .
b-1 基板材质
(1) 尺寸安定性: 除要留意X、Y轴( 纤维方向与横方向) 外, 更要注意Z 轴(板材厚度方向), 因热胀冷缩及加热减量因素容易造成银胶导体的断裂.
(2) 电气与吸水性: 许多绝缘体在吸湿状态下, 降低了绝缘性, 以致提供金属在电位差趋动力下发生移行的现象,FR-4 在尺寸安性、电气性与吸水性方面都比FR-1及XPC 佳, 所以生产银贯孔印刷电路板时, 要选用特制FR-1及XPC的纸质基板. 板材. b.-2 导体材质
(1) 导体材质银及碳墨贯孔印刷电路的导电方式是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内, 藉由微粒的接触来导电, 而铜镀通孔印刷电路板, 则是借由铜本身是连贯的结晶体而产生非常顺畅的导电性.
( 2) 延展性: 铜镀通孔上的铜是一种连续性的结晶体, 有非常良好的延展性, 不会像银、 碳墨胶在热胀冷缩时, 容易发生界面的分离而降低导电度 .
( 3) 移行性: 银、铜都是金属材质, 容易发性氧化、还原作用造成锈化及移行现象, 因电位差的不同, 银比铜在电位差趋动力下容易发生银迁移(Silver Migration ).
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