銅箔基板品質術語之詮釋

1、銅箔基板品質術語之詮釋 Part-II主編白蓉生先生1. 抗撕強度Peel Strength(次重要)       這是CNS的正確譯詞，而且早已行之有年。其典雅貼切足證前輩功力之高?？上承┿~箔基板業(yè)者們不明就裡不讀正書，竟自做聰明按日文字面直接說成" 剝離強度 "，不但信雅達欠週，且欲待呈現之原義也盡失，雖不至背道而馳卻也頗乏神似而殊為遺憾。     此詞是指銅箔對基材板的附著力或固著力而言，常以每吋寬度銅箔垂直撕起所需的力量做為表達單位。這當然不僅量測原板材的到貨(As  Received

2、)情形，也還要模擬電路板製程的高溫環(huán)境，熱應力，濕製程化學槽液等的各種折磨，以及耐溶劑的考驗，然後檢視其銅箔附著力是否發(fā)生劣化。之所以如此，實乃因線路愈來愈細密時，其附著力的穩(wěn)定性(Consistency)將益形重要，而並非原板材銅箔附著力平均值很高就算完事。     PC-4101/21就FR-4板材之此號規(guī)格單中，對該類基板之抗撕強度已劃分成三項試驗及允收規(guī)格，即：   A. 厚度17um以上之低稜線銅箔(Low  Profile)，其測值無論厚板(指0.78mm或31 mil以上)或薄板(指0.78mm或31 mil 以下)均需超過70/

3、m(或3.938磅/吋)之規(guī)格。B.標準稜線抓地力較強之銅箔（即IPC-CF-150之Grade 1）又有三種情況(試驗方法均按IPC-TM-650之2.4.8節(jié)之規(guī)定)： (B-1)：熱應力試驗後(288漂錫10秒鐘)；薄板者須超過80/m(或4.47磅/吋)，厚板者須超過105/m(或5.87磅/吋)。 (B-2)：於125高溫中；薄板與厚板均須超過70/m(約4 lb/in)。 (B-3)：經濕製程考驗後；薄板須超過55/m(或3.08 lb/in)厚板須超過80/m(或4.47 lb/in)。C.其他銅箔者，其抗撕強度之允收規(guī)格則須供需雙方之同意。D.試驗頻度：按IPC-4101表5之

4、規(guī)定，上述B-1項品質出貨時須逐批試驗，B-2項則三個月驗一次，而B-3項也是三個月驗一次。一般業(yè)者經常對抗撕強度 隨便說說的 8磅 ，係指早期美軍規(guī)範(MIL-P-13949)舊“規(guī)格單4D”中，對厚度1oz之標準銅箔之 8 lb/in 而言，立論十分鬆散不足為訓。2. Volume Resistivity 體積電阻率(不重要)       係在量測板材本身的絕緣品質如何，是以“電阻值”為其量化標準。例如在各種DC高電壓下，測試兩通孔間板材的電阻值，即為絕緣品質的一種量測法。由於板材試驗前的情況各異，試驗中周遭環(huán)境也不同，故對本術語與下述之 “表面電阻

5、率” 在數據都會造成很大的變化。     例如軍規(guī)MIL-P-13949要求20mil以上的FR-4厚板材，執(zhí)行本試驗前須在 50/10RH 與 25/90RH 兩種環(huán)境之間，先進行往返10次的變換，然後才在第10次 25/90RH 之後進行本試驗。至於原在20mil以上的FR-4厚板材，則另要求在C-96/35/90(ASTM表示法，即35，90RH，放置96小時)之環(huán)境中先行適況處理，且另外還要求在125的高溫中，量測FR-4的電阻率讀值。     IPC-4101在其表5中對此項基板品質項目，要求12個月才測一次(由此可見本項並

6、不重要)。每次取6個樣片，須按IPC-TM-650手冊之2.5.17.1測試法進行實做，而及格標準則另按各單獨板材之特定規(guī)格單。至於最常見FR-4之厚板(指0.78mm或30.4mil以上)經吸濕後，其讀值仍須在106Megohm-cm以上，高溫中試驗之及格標準亦應在103Megohm-cm以上。       其實此種 "體積電阻率"也就是所謂的"比絕緣"(Specific  Insulation)值，係指板材在三度空間各邊長1cm的塊狀絕緣體上，分別自其兩對面所測得電阻值大小之謂也。因目前基材板的技術已

7、非常進步，此種基本絕緣品質想要不及格還不太容易呢，似無必要詳加追究。  3. Surface Resistivity 表面電阻率(不重要)     係量測單一板面上，相鄰10mil兩導體間之表面電阻率。不過當板材的事先適況處理與試驗環(huán)境不同時，其之測值亦有很大的變化。本試驗前各種板材所應執(zhí)行的10次適況前處理，則與前項體積電阻率之做法相同，而125的高溫中試驗也按前項實施。     IPC-4101亦將此項目收納在其表5中，測試方法與12個月測試之頻度，也與前項完全相同。早年樹脂的生產技術自然不如目前遠甚，時常擔心樹脂或玻纖

8、布中夾雜有離子性的殘渣，一旦如此將造成板材絕緣品質的劣化，是故早年的老舊規(guī)範中，都加設了上述兩項絕緣品質之"電阻率"規(guī)格。     然而基材板中若要12個月才測一次的品質項目，又能對每天大量出貨的PCB工業(yè)有何幫助？有什麼把關的必要？真是天曉得! 想必此等可有可無不關痛癢的陋規(guī)，將來遲早會被取消而成為歷史。  4. Moisture Absorption 吸濕率(又名Water Absorption)(次重要)     此項品質係訂定於IPC-4101之表5，須每三個月取4個樣板去做試驗。又按IPC-41

9、01/21對FR-4基板的規(guī)定，厚度低於0.78mm(30.5mil)的薄板要求吸濕率不可超過0.80；30.5mil以上的厚板則須低於0.35。     至於測試方法，則應按IPC-TM-650手冊之2.6.2.1方法去進行。其做法是裁取2吋X2吋的樣板，板邊四面都要用400號砂紙小心磨平，再將兩面銅箔蝕刻掉，洗淨後放置在105-110烤箱中烘烤1小時，取出後於乾燥皿中冷到室溫，再精稱其重量到0.1mg。之後的吸水實驗也很簡單，即將樣板浸在23±1的蒸餾水中24小時。取出後立即擦乾並立即精秤即可。 4.1原理詮釋：    

10、 理論上純水是不導電的，若板材吸水後應不致造成絕緣品質的劣化，或出現漏電的缺失。當然若所吸到的是不純的水，自然會影響到板材的絕緣品質。但讀者們卻不可忘記，水分子是一種"極性"頗強的化合物，其"相對容電率"(r.即老式說法的介質常數Dk)高達75，故板材吸水後所製作的多層板傳輸線，必然會造成訊號傳播速率(Vp)的降低，原理從Maxwell  Equation:Vp=C/   r中可得其詳。(Vp：訊號之傳播速度、C：光速、r：訊號線周圍介質之相對容電率)     其次是板材所可能吸到水份，當然不可能是純水，

11、何況鑽孔鍍孔以及眾多的溼式流程，怎麼可能會不吸入離子性漏電的物質？是故有了水後“玻纖絲陽極性漏電”之缺失(CAF；Conductive Anodic Filament)就難免不會發(fā)生了。而且吸了水的板材遇到瞬間高溫焊接或噴鍚時，必然會產生爆板的惡果，這就是對基材板嚴格要求吸水率夠低的三種主要原因。     目前由於樹脂配方技術與膠片含浸工程的長足進步，一般商品板材之吸水率都遠於規(guī)格值的數十倍以下，換句話說吸水率早已不是問題了，除非規(guī)格值再嚴加降低，或改用壓力鍋試驗(PCT;Pressure Cooker Test)更嚴酷的做法，才會面臨挑戰(zhàn)。  

12、0; 5. Dielectric Breakdown介質崩潰(次重要)       係刻意不斷提高AC測試之電壓至50KV以上，以觀察厚板材中相距1吋之兩插孔電極，其崩潰打穿的起碼電壓值為何。按IPC-4101表5的規(guī)定，此項品質亦係三個月測一次，每次取三個樣片。至於IPC-4101/21對FR-4原板之及格標準，則另訂定下限為40KV。     其試驗法係按IPC-TM-650之2.5.6 B法(1986.5)去進行。所取無銅箔之樣板其大小為3吋 X2吋(厚度在30.5mil以上)，沿其板長方向的中心線上，鑽出相距1吋而直

13、徑各為188mil的穿孔兩個，並分別插入兩錐狀電極(其一為高電壓極，其二為接地極)，然後連以電纜一同浸於絕緣油槽中(如Shell Dial Ax即可)。再按上表以每秒調升500V之方式逐漸升高測試電壓，仔細觀察所發(fā)生之崩潰的情形，且記錄其三個數據及求平均值。但若並未出現崩潰時，即以其可調之最高電壓值為紀錄。    6.Flexural Strength 抗撓強度(又稱Flexural Modulus 抗撓模數)(不重要) 6.1詮釋     聚是指基材板所在承受多少重量之下，而尚不致折斷的機械強度。也就是說做成電路板後，可以承載多少元件而不變形

14、的能力。換言之就是在測板材的硬挺性（Stiffness  or  Rigidity），口語上似可說成“抗彎強度”或“抗彎能力”。板材若在本項之品質良好時，其板彎板翹也就低了。     此“抗撓強度”的試驗方法，可按IPC-TM-650之2.4.4法（1994.12）去做，該法指出本項目是針對厚板而做，而厚板與薄板的分界卻是0.51mm（20mil），與現行分法（1997.12）的0.78mm（31mil）又有所不同。按品質管理的精神，當然是“後來居上”取代前者，故知此種基板硬挺性品質是針對31mil以上的厚板而言。 6.2做法  &#

15、160;  實際做法很簡單，是將板材自底面以“兩桿”支撐，再自頂面的中央以“固定寬度的重頭（Crosshead）”用力向下壓。該壓試機“之支撐跨距（Span）與下壓速度（Speed  of  Testing）等數據，以及對應試驗板在長寬厚等尺度方面的關係，均按下表之規(guī)定：       上述試驗機之支撐桿上緣與下壓重頭之下緣（Nose），均須呈現圓弧表面，樣板外緣亦須保持平整，不可出現缺口撕口等。試驗要一直用力壓下直到樣板斷裂為止。所得數據以“磅”或“公斤”為單位，再按樣板面積換算成“壓力強度”的PSI或Kg/M2，做為允收規(guī)

16、格。IPC-4101/21中即已列入現行的允收規(guī)格長方向之下限為4.23X107 kg/m2，橫方向之下限為3.52X107kg/m2。  7.Flexural  Strength at  Elevalted  Temperature 高溫中抗撓強度(次重要)     係為已搭載零件的板子，在高溫焊接中模擬其抗撓強度如何的試驗。實驗可按IPC-TM-650之2.4.4.1規(guī)定去做，是將樣板放在已有夾具的特定烤箱內，去進行壓試。該烤箱須能控溫在 3以內，不同板材之溫度條件另有表格規(guī)定。所有做法與前項常溫者類同。  &

17、#160;  此等板材高溫“硬挺性”之品質好壞，對表面貼裝（SMT）各種零件之焊點強度甚具影響力。目前各種小型手執(zhí)電子機器的流行，連薄板也要考慮到本項品質了。不過由於樹脂在Tg方面的提高，與玻纖布的改善（如Asahi-Scwebel專利壓扁分散的玻纖布），使得本項品質也改善極多。  8. Arc Resistance 耐電弧性(不重要)     是對無銅箔之清潔厚板面上，以高電壓低電流（0.1A以下）的兩個鎢金屬平面之電極測頭，在0.25 的跨距下，當開動測試機時即產生空中之電弧，不久即會自動消失於板材中。此時板材即將有電弧之軌跡（Tracks

18、ing）出現，於是記錄下空中電弧消失前所經歷的“秒數”，即為“耐電弧”的數據。     21號規(guī)格單要求應在60秒以上。  9.Thermal Stress熱應力(次重要)     係取2 inX2 in各種厚度之板材，有銅箔與無銅箔者分別試驗，也就是在288的錫池表面漂浮10秒鐘。洗淨之後在正常視力下（左右眼各為2.0/2.0）檢查板面之外觀，或另用4倍與10倍放大鏡觀察板面，是否出現炭化（Charing）、表面污染、樹脂損傷、樹脂變軟、爆板分層、起泡、織紋顯露、瑕疵擴大、白點、白斑與坑陷等缺點。至於有銅箔者則只檢查是否起

19、泡或分層即可，此項品質與樹脂之Tg及板材吸水率有關。目視標準可參考IPC-A-600F之各種圖示。10.Dielectric  Strength 介質強度(次重要)     本詞又稱為Electric  Strength抗電強度，係量測板材在Z方向抵抗高電壓的能力。本項品質之衡量，是將已發(fā)生打穿（Failure）之直流電壓實測數據，除以板厚所得數據之volt/mil或volt/mm為單位。此項試驗只針對薄板（31mil以下）而做，實驗須按IPC-TM-650之2.5.6.2法（1997.8）去進行。21號規(guī)格單要求，及格標準之下限為2.90X104 V/mm。 11. Comparative Tracking Index 比較性漏電指數     此CTI是針對一般家電用品，或其他高電壓（110V,220V）電器品，所用單面基材板之品質項目。因不屬於電腦資訊或通訊之領域，故IPC-4101並未將之納入，反倒是國際電工委員會（IEC）已收納於其IEC-STD-112之中（