無鉛兼容覆銅板IPC標準的最新進展

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上/r/n精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上/r/n專心---專注---專業(yè)/r/n專心---專注---專業(yè)/r/n精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上/r/n專心---專注---專業(yè)/r/n無鉛兼容覆銅板/r/nIPC/r/n標準的最新進展/r/n廣東生益科技股份有限公司蔡巧兒/r/n摘要:/r/n本文介紹了無鉛兼容覆銅板IPC標準的進展情況，并對無鉛兼容覆銅板的成分要求及各特性參數(shù)進行了初步的討論。/r/n關鍵詞：/r/n無鉛兼容覆銅板IPC標準進展成分特性參數(shù)/r/n一．前言/r/n歐盟兩個指令（/r/nWEEE/r/n和/r/nROHS/r/n）將于/r/n2006/r/n年/r/n7/r/n月/r/n1/r/n日正式實施，全球電子業(yè)將進入無鉛時代。目前最有代表性的無鉛焊料/r/nSn/Ag/Cu/r/n（/r/nSAC/r/n），其熔點為/r/n217/r/n℃/r/n，比傳統(tǒng)錫鉛焊料約高/r/n34/r/n℃/r/n。為了獲得良好的焊接，對于/r/nSAC/r/n焊料，焊峰溫度達到/r/n260/r/n℃/r/n。這將對/r/nPCB/r/n用基材/r/n-/r/n覆銅板的耐熱性提出更高的要求。美國/r/nIPC/r/n標準一直以緊跟技術(shù)發(fā)展而獲得全球電子行業(yè)的公認，這次/r/nIPC/r/n又率先提出了無鉛兼容/r/nFR-4/r/n的標準草案，并在全球范圍內(nèi)征求意見和討論。/r/n二．標準提出時機和現(xiàn)狀/r/n在/r/n2004/r/n年/r/n10/r/n召開的/r/nIPCwork2004/r/n基材工作組標準會議上，美國/r/nSunMicrosystems/r/n（/r/n美國Sun微系統(tǒng)公司：主要生產(chǎn)SUN系列工作站和網(wǎng)絡產(chǎn)品,是JAVA語言的創(chuàng)始者/r/n——/r/n祝大同注）提交報告要求制定用于無鉛組裝的基材規(guī)范?；谒麄兗捌?r/nOEM/r/n的測試數(shù)據(jù)，報告指出當前/r/nFR-4/r/n規(guī)范/r/nIPC-4101//r/n21/r/n（普通/r/nTgFR-4/r/n）/r/n和/r/nIPC-4101//r/n24/r/n（高/r/nTgFR-4/r/n）/r/n不能滿足無鉛工藝的要求。會上，美國/r/nNEMI/r/n組織（/r/nNationalElectronicsManufacturingInitiatives/r/n）也對無鉛焊接用基材提出了相似的要求。另外，/r/nCookson/r/n電子/r/n/Polyclad/r/n層壓板公司也提出了同樣的情況。在此背景下，無鉛兼容/r/nFR-4/r/n的標準草案第一稿誕生了。由于此標準草案是基于某公司產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，故只反映了某款產(chǎn)品的性能參數(shù)。為了給此草案冠以/r/n“/r/n無鉛/r/n”/r/nFR-4/r/n標準的名義，會上還提議在/r/nIPC-4101B/r/n各規(guī)格單中增加關鍵詞，列出產(chǎn)品的應用范圍和特點，供讀者選擇材料時參考。根據(jù)各方意見修改后，又于/r/n2005/r/n年/r/n1/r/n月發(fā)布了無鉛兼容/r/nFR-4/r/n標準草案的第二稿，且并入/r/nIPC-4101B/r/n草案第四稿中。在/r/nIPCEXPO2005/r/n基材工作組會議上，無鉛兼容/r/nFR-4/r/n標準草案/r/n-2/r/n成為討論的焦點。參會者主要是美國著名的/r/nCCL/r/n廠家、實驗室和/r/nIBM/r/n等終端用戶。生益科技作為/r/nIPC/r/n基材工作組的成員，也參加了此次會議。會上討論了目前無鉛兼容/r/nFR-4/r/n的現(xiàn)有水平和試驗數(shù)據(jù)，對熱裂解溫度和/r/nT288/r/n、/r/nT300/r/n等指標提出了建議。最近/r/nIPC/r/n又提出了第三稿和層壓板材料熱裂解溫度測試方法的提案。熱裂解溫度（/r/nTd/r/n）/r/n是/r/n“/r/n無鉛/r/n”/r/n層壓板材料的重要性能指標，但/r/nIPC-TM-650/r/n中還沒有相應的方法。/r/nIPC/r/n基材工作組中又設立了一個專項工作組，美國/r/nSunMicrosystems/r/n的/r/nMr./r/nKarlSauter/r/n是該工作組的組長，負責建立此測試方法。/r/n2005/r/n年/r/n6/r/n月/r/n1/r/n日該工作組還啟動了一個/r/nCCL/r/n熱裂解溫度循環(huán)測試計劃，目的在于建立/r/nTd/r/n測試方法和確定無鉛兼容板材的/r/nTd/r/n值。測試樣品包括/r/nNelco4000-6/r/n和/r/n4000-11/r/n、/r/nPolyclad370HR/r/n和/r/n370Turbo/r/n及其/r/n140/r/n℃/r/nTgDicy-Cured/r/n板材、/r/nISOLA410/r/n、/r/nMatsushita1755/r/n、/r/nHitachi679/r/n和/r/nIBMOEM/r/n的/r/n5/r/n個樣品，這些樣品均送至以下實驗室：/r/nNelco/r/n、/r/nPolyclad/r/n、/r/nIsola/r/n、/r/nDowChemical/r/n、/r/nMatsushita/r/n、/r/nHitachi/r/n和/r/nRockwell-Collins/r/n進行測試，計劃于/r/n2005/r/n年/r/n10/r/n月完成循環(huán)測試，/r/n11/r/n月提交建立無鉛兼容板材的/r/nTd/r/n值報告。/r/n到目前為止，/r/nIPC/r/n還未制定用于無鉛工藝的/r/nCEM-3/r/n、/r/nCEM-1/r/n等產(chǎn)品標準。/r/n三．要求及測試方法/r/n1/r/n．草案中，規(guī)定了無鉛兼容/r/nFR-4/r/n的成分要求，并對其耐熱性提出了多項新的要求，包括熱裂解溫度、/r/nZ/r/n軸/r/nCTE/r/n、/r/nT260/r/n和/r/nT288/r/n等項目，詳細見表/r/n1/r/n。/r/n表/r/n1IPC/r/n無鉛兼容/r/nFR-4/r/n新要求/r/n項目/r/nIPC標準/r/n

/r/n草案/r/n-1/r/n草案/r/n-2/r/n草案/r/n-3/r/n

/r/n

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/r/nIPC-4101/99/r/nIPC-4101/101/r/n樹脂體系/r/n主體：多官能環(huán)氧樹脂，次要：改性環(huán)氧或非環(huán)氧/r/n固化劑/r/nNon-Dicy/r/n阻燃機理/r/n溴/r/n溴/r/n溴/符合RoHs/r/n溴/符合RoHs/r/n填料/r/n有或沒有無機填料/r/n關鍵詞/r/n---/r/n無鉛FR-4；耐CAF性；高裂解溫度/r/n無鉛FR-4；耐CAF性；高裂解溫度；高可靠性FR-4；低Z軸CTE/r/n玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(/r/n℃/r/n)/r/n最小/r/n170/r/n最小/r/n155/r/n150-200/r/n110-150/r/nUL最大操作溫度(/r/n℃/r/n)/r/n---/r/n---/r/n最小/r/n130/r/n吸水率/r/n(%)/r/n≤/r/n0.8/r/n≤/r/n0.8/r/n≤/r/n0.5/r/n≤/r/n0.5/r/n阻燃性/r/n最低/r/nV-1/r/n最低/r/nV-1/r/n最低/r/nV-0/r/n最低/r/nV-0/r/n熱裂解溫度(失重5%，/r/n℃/r/n)/r/n≥/r/n330/r/n≥/r/n340/r/n≥/r/n330/r/n≥/r/n310/r/nZ軸/r/nα/r/n1(PPM//r/n℃/r/n)/r/n≤/r/n75/r/n≤/r/n60/r/n≤/r/n60/r/n≤/r/n60/r/nCTE/r/nα/r/n2(PPM//r/n℃/r/n)/r/n≤/r/n300/r/n≤/r/n300/r/n≤/r/n300/r/n≤/r/n300/r/n*/r/n50-260/r/n℃/r/n(%)/r/n≤/r/n3.5/r/n≤/r/n3.5/r/n≤/r/n3.5/r/n≤/r/n4.0/r/nT260(分鐘)/r/n---/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n30/r/nT288(分鐘)/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n15/r/n≥/r/n5/r/n≥/r/n5/r/nT300(分鐘)/r/n≥/r/n30/r/n≥/r/n2/r/n供需雙方商定/r/n供需雙方商定/r/nT320(分鐘)/r/n≥/r/n10/r/n---/r/n---/r/n---/r/n耐CAF性/r/n---/r/n正在制定/r/n供需雙方商定/r/n供需雙方商定/r/n*1.Z軸CTE試樣最小厚度是1.5mm。/r/n2.其它指標要求是基于層壓板厚度≥0.50mm。/r/n2/r/n．測試方法/r/n（/r/n1/r/n）熱膨脹系數(shù)/r/nCTE/r/n草案中規(guī)定/r/nCTE/r/n的測試方法是采用/r/nIPC-TM-650/r/n中的方法/r/n2.4.24/r/n。該方法是采用熱機械分析法（/r/nTMA/r/n）。試樣應除去銅箔，測試前應在/r/n105/r/n±/r/n2/r/n℃/r/n下烘/r/n2/r/n小時，并放在干燥器中冷卻至室溫。以/r/n10/r/n℃/r/n/min/r/n的升溫速率從室溫升至/r/n260/r/n℃/r/n，記錄試樣隨溫度上升而引起的/r/nZ/r/n軸方向的尺寸變化，然后分別計算/r/nTg/r/n前（/r/nα/r/n1/r/n）、/r/nTg/r/n后（/r/nα/r/n2/r/n）和/r/n總膨脹百分比/r/n（/r/n50-260/r/n℃/r/n）。/r/n（/r/n2/r/n）熱分層時間（/r/nT260/T288/T300/r/n）/r/n草案中規(guī)定/r/nT260/T288/T300/r/n的測試方法是采用/r/nIPC-TM-650/r/n中的方法/r/n2.4.24.1/r/n。該方法是采用熱機械分析法（/r/nTMA/r/n）。測試前試樣應在/r/n105/r/n±/r/n2/r/n℃/r/n下烘/r/n2/r/n小時，并放在干燥器中冷卻至室溫。以/r/n10/r/n℃/r/n/min/r/n的升溫速率從室溫升至/r/n260/r/n℃/r/n（/r/n288/r/n℃/r/n或/r/n300/r/n℃/r/n），然后保持恒溫，記錄試樣分層的時間。/r/n（/r/n3/r/n）熱裂解溫度/r/n(Td)/r/n/r/n草案中熱裂解溫度的測試方法一欄顯示/r/n“/r/n正在制定/r/n”/r/n。熱裂解溫度測試方法提案是采用熱重分析法/r/n(TGA)/r/n。將未覆箔厚度為/r/n1.5mm/r/n結(jié)構(gòu)為/r/n8/r/n×/r/n7628/r/n的層壓板切成尺寸約為/r/n6.35/r/n×/r/n6.35mm/r/n的方形試樣，試樣最低重量是/r/n30mg/r/n。測試前試樣應在/r/n110/r/n±/r/n2/r/n℃/r/n下烘/r/n24/r/n小時，并放在干燥器中冷卻至室溫。試驗應在干燥氮氣氛圍下進行測試，氮氣流量為/r/n55cc/min/r/n。以/r/n10/r/n℃/r/n/min/r/n的升溫速率從室溫升至/r/n550/r/n℃/r/n，記錄試樣隨溫度上升重量損失百分比，報告重量損失/r/n5%/r/n時的溫度。/r/n四．討論及思考/r/nIPC/r/n無鉛兼容/r/nFR-4/r/n標準草案的提出，引起了全球/r/nCCL/r/n廠家及其上下游企業(yè)的強烈反響，各廠家對此看法不一。在這里對草案中成分要求及各性能指標進行初步的討論。/r/n1/r/n．草案中規(guī)定固化劑是/r/nNon-Dicy/r/n。/r/nDicy/r/n作為覆銅板的固化劑已使用幾十年，具有優(yōu)秀的綜合使用效果。/r/n但有研究表明，/r/nDicy-Cured/r/n層壓板熱裂解溫度相對較低、熱分層時間（/r/nT260/T288/r/n）較低，不能承受多次無鉛再流焊的熱應力，易出現(xiàn)分層、起泡。但規(guī)定固化劑是/r/nNon-Dicy/r/n，太絕對了，完全排除了/r/nDicy/r/n的使用。且與其它規(guī)格單不一致，其它規(guī)格單并沒有規(guī)定固化劑。還有重要的一條：制定標準的原則應重點關注產(chǎn)品的最終性能，而不應過多規(guī)定工藝過程參數(shù)，這樣會限制技術(shù)的發(fā)展。對是否應規(guī)定固化體系是/r/nNon-Dicy/r/n，業(yè)界存在不同的看法。/r/n2/r/n．第/r/n3/r/n草案中規(guī)定阻燃機理應為溴/r/n//r/n符合/r/nRoHS/r/n。/r/n從這點可看出/r/nIPC/r/n對無鹵化的立場。早在/r/n2003/r/n年/r/n4/r/n月/r/nIPC/r/n就發(fā)布了/r/nIPC-WP/TR-584/r/n《關于印制板和組裝用無鹵材料的白皮書和技術(shù)報告》。/r/nIPC/r/n認為目前/r/n“/r/n無鹵/r/n”/r/n只是一個市場概念，沒有數(shù)據(jù)表明目前用于印制板的含鹵阻燃劑對環(huán)境或人類健康造成重大的危害。除非有確鑿證據(jù)表明含鹵材料會危害環(huán)境和人類健康，否則/r/nIPC/r/n不贊成禁用含鹵阻燃劑。/r/nIPC/r/n將對基材中鹵素含量的分析和最大氯、溴含量的定義進行標準化，以提供給業(yè)界。這樣做的目的是在供應鏈中標準化和一致性，而不能認為是/r/nIPC/r/n對這些材料的認可。/r/nIPC/r/n對溴作為阻燃元素，仍然給予正面的肯定，但必須符合/r/nRoHS/r/n指令，即禁用多溴聯(lián)苯（/r/nPBB/r/n）和多溴二苯醚（/r/nPBDE/r/n）。因此無鹵化和符合/r/nRoHS/r/n指令是兩個概念，前者主要受市場推動，后者是受法令推動，必須執(zhí)行的。但/r/nWEEE/r/n指令中規(guī)定含有鹵素阻燃劑的元件在處理和回收前應從其它電子電氣廢棄物中隔離開來，一些電子電氣/r/nOEM/r/n基于回收成本的考慮，會采用無鹵材料。但這些規(guī)定對含鹵材料的使用到底有多大的約束力，現(xiàn)在還不是很明朗。/r/n3/r/n．第/r/n1/r/n份草案中，熱裂解溫度/r/n(Td)/r/n定為最低/r/n330/r/n℃/r/n，第/r/n2/r/n份草案中，/r/nTd/r/n改為/r/n340/r/n℃/r/n，第/r/n3/r/n份草案/r/nTd/r/n又改為/r/n330/r/n℃/r/n。/r/n這主要原因是熱裂解溫度測試方法沒有定下來，各廠家的/r/nTd/r/n值沒有可比性。/r/nIPC/r/n啟動的/r/nCCL/r/n熱裂解溫度循環(huán)測試計劃，就是將熱裂解溫度測試方法標準化，并按此方法對各廠家的產(chǎn)品進行循環(huán)測試，以確定合理的/r/nTd/r/n值。有廠家認為，/r/nTd/r/n不宜定得太高，/r/nTd/r/n高的材料的脆性較高，加工性變差。因此制定合理的/r/nTd/r/n值很重要，一方面滿足無鉛焊接的高溫要求，另一面兼顧基材的其它性能和加工性。/r/n4./r/n熱分層時間（/r/nT260/T288/r/n）/r/n由于無鉛組裝的峰焊溫度達到/r/n260/r/n℃/r/n，使得/r/nT260/T288/r/n變成了很重要的性能參數(shù)。第/r/n1/r/n稿中/r/nT288/T300/r/n指標定得很高，只反映了某款產(chǎn)品的性能參數(shù)，不具有代表性。后來根據(jù)各方的意見、現(xiàn)有同類產(chǎn)品的水平，對/r/nT260/T288/r/n的要求作出相應的調(diào)整。傳統(tǒng)的高/r/nTg/r/n板材的/r/nT260/r/n為/r/n5-7/r/n分鐘，它與有鉛焊接兼容得很好。無鉛焊接的焊接溫度提高/r/n20-25/r/n℃/r/n，故/r/nT288/r/n為/r/n4-5/r/n分鐘已經(jīng)可以滿足無鉛焊接的要求。/r/n5/r/n．/r/nZ/r/n軸/r/nCTE/r/n/r/n由于無鉛焊料的焊接溫度的升高，基材的熱膨脹系數(shù)（特別是/r/nZ-/r/n軸）就變得更重要了。如果/r/nZ/r/n軸/r/nCTE/r/n大，施加于鍍通孔的應力就大，就容易造成鍍通孔孔壁金屬鍍層斷裂。因此，對于無鉛兼容/r/nFR-4/r/n有必要建立/r/nZ/r/n軸/r/nCTE/r/n的要求。/r/n6/r/n．第/r/n3/r/n草案中將吸水率指標由原來小于/r/n0.8%/r/n改為小于/r/n0.5%/r/n。/r/n基材的吸水率會影響板材的耐熱性和可靠性，特別是在無鉛焊接中。這是因為基材在高溫下發(fā)生層間分離的其中一個因素，是板的絕緣層間含有低分子物（包括水）。它們在高溫條件下會變成氣態(tài)而蒸發(fā)，從而破壞層間粘