[精品]PCB材料焊接性能.doc

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1、多种PCB基材在高温无铅焊接中的表现2008-8-1515:56:07资料来源：作者:摘要：电子产品无铅化对FR4材料提出了更高的热性能要求，木文论述了在无铅化实行过稈屮FR4材料在屮高端刚性PCB制程屮的应用表现，对高多层刚性PCB设计及加工提供指引。通过对FR4进行分类试验，对高多层刚性PCB的CAM设计进行以材料表现为重点的分析。1概述电了产品实施无铅化是一个系统工程，它牵涉到覆铜板技术及性能、PCB生产工艺及技术、无铅焊接技术及焊料、无铅产品可靠性检测规范及标准。随着两个指令实施的到来，我们应为此做好准备，才能占据更大的主动权和市场份额。目前批量应用的无铅SAC30

2、5焊料的共熔点为217C，比传统SnPb系高出34°C；高温焊接时表面张力大，润湿性差。无铅焊料的这两个特点决定着PCB基板在焊接时比传统SnPb焊接需要承受更大的热冲击：要更高的预热温度（50°C左右）与更长的预热时间（15秒以上）；要有更高的焊接温度（20〜4（TC）；需要有更长的焊接时间，在熔融态的停留时间从60秒延长到90秒；焊接示需要有更快的冷却速度，由3°C/秒提高到6°C/秒。因此对PCB基板的耐热性提出了更高的要求，最根木的是选用高耐热性的CCL基材。为了保证CCL基材的耐热性,IPC对材料的Tg、Td、ZCTE、耐热裂时间（T260、T288、T300）等

3、性能指标提出了严格要求。本文所指的屮高端PCB,层数从12层到30层左右，厚度从加m到3.5mm,主要应用于通讯领域，由于RoHS法规对通讯产品的要求可以豁免到2010年，所以主流的此类产品并未直面无铅化所带来的各种问题。对于个别其品，由于设计需求等等原因，层数及板厚均达到了上述范围，所以在设计、加工及装联方面均要满足RoHS要求。满足目前的无铅化应用条件，除了提高材料的热性能以外，还有从装联出发，开发可以在较低温度下进行冋流的焊料，以降低对PCB的要求。如某口木金业开发的305焊料，焊接温度通常在240C以下，大减少了焊接过稈屮的各种缺陷。2FR-4材料应用分类目前应用的

4、FR4在RoHS的大旗下发生了巨大的变化，传统Tgl35〜145°C材料为DICY固化树脂体系，已不被行业接受,渐渐退出应用；取而代Z的是Tgl50°C材料。各大CCL工厂都相继开发出不同形式的高可靠性产品，大体上分为如下几种:Tg温度在150°C为主的MidTg材料；填加CTE较低的材料产出的低CTE材料；改性环氧树脂或非环氧树脂材料。备家CCL厂开发出的产品如此Z多，令PCB厂很困难在短期内评佔出备种材料的性能，但从市场化的角度讲，目前的非坏氧树脂并未进入无铅化的主流，改性环氧的种类较多，但市场化而言，只有两三个型号的材料发展较好，其余主要在开发及推广中。填料以铝、锲、

5、硅、镁等的氧化物为主，通常为其屮一种或多种，量产化后主要由于填料的物理特性及生产制造时的控制能力，不同稈度地影响PCB的加工及装联可靠性等等。填料的生产制造控制能力如粒度和聚合度，会影响到PCB孔的加工和接合力的变化，这些表现都需要在测试及批量生产过程屮进行监控。3高中端刚性PCB相关特点及对材料的要求对于高屮端刚性PCB,其设计要求有电气功能、机械功能和热功能。其屮电气功能和机械功能决定了结构设计范囤，即层次、厚度、备器件尺寸和孔线的布局。Layout工程师和CAM工程师将在允许的设计范围内进行相应的优化设计。对于无铅化后的主要可靠性项目由于PCB的设计特征不同，也产生了

6、少许变化。由于此类板主要的装联方式为冋流悍，相对于其它低层次PCB,表现出不同的特点，下表主要列出此类板的主要特点.在国内目前应用的材料屮，所面对的基板变形的研究主要与设计及加工应力有关，此处不再进行详细分析。4各种材料表现4.1通过对目前批量应用材料进行分类，可以选出以下5种材料进行测试;4.2设计及测试条件样板设计为16X20英寸，层数为18层，厚度为2.8mm。内层及BGA结构设计如下表（表5）所示:样品进行无铅冋流焊接，冋流次数为2次，冋流

7、11

8、线如下图（图1）所示，冷却后进行相关的分析。4.3不同材料的性能表现通过上表设计与PCB缺陷的表现，对5种类型材料相关测

9、试，结果统计如下。4.3.1粗化面分层通过对目前粗化面（木司主要对棕化工艺）进行评估，粗化面未有分层，说明备种材料与粗化面的接合力满足焊接时的要求。4.3.2孔间介质玻璃纤维开裂对5种材料的BGA孔进行分类测试，结果统计如下图所示。以500X出现纤维开裂作为25分标准线，以出现50um裂纹作为50分，如上图所示。上图评估如下:Tgl40材料开裂大。说明目前所用的以Dicy固化的FR4材料在无铅焊接时，如佶高密度BGA孔出现，极易产生玻纤内裂纹。Tgl50无论有无填料，两类材料在玻纤开裂方面相近，可以说明，目前以PN