PCB覆铜板主要性能介绍和应用趋势

PCB覆铜板主要性能介绍及应用趋势

1. ivReliate Permitivity(εr)相对容电率或 Dielectric Constant(Dk) 介质常数: Dielectric本身是名词,即“绝缘材料”或“介电物质”之意;故知“介质常數”本身是“名詞+名詞”所組成的名詞,是材料的一種常詞+名詞”所組成的名詞,是材料的一種常數. 原理說明: 此詞原指每\"單位體積”的絕緣物質，在每一單位之“電位梯度”下，所能儲蓄“靜電能量”（Electrostatic Energy）的多寡而言。此詞尚另有較新的同義字“容電率”（Permittivity日文稱為誘電率），由字面上可體會到與電容（Capacitance）之間的關係與含義。當多層板絕緣板材之“容電率”較大時，即表示訊號線中的傳輸能量已有不少被蓄容在板材中，如此將造成“訊號完整性”（Signal Integrity）之品質不佳，與傳播速率（Propagation Velocity）的減慢。換言之即表示已有部分傳輸能量被不當浪費或容存在介質材料中了。是故絕緣材料的“介質常數”（或容電率）愈低者，其對訊號傳輸的品質才會更好。目前各種板材中以鐵氟龍（PTFE），在1 MHz頻率下所測得介質常數的為最好，FR-4約為。

上述介質常數（Dk）若在多層板訊號傳輸的場合中, 其訊號線層與大地層兩平行金屬板之間，夾有絕緣介質（即膠片之玻纖與環氧樹脂）時，在訊號傳輸工作中（也有很小的電流通過）將會出現一種電容器（Capacitor）的效應. 其電容量的多寡，與上下重疊之面積A（即訊號線寬與線長之乘積）及介質常數Dk成正比，而與其間的介質厚度d成反比。

從電容計算公式看來，原“介質常數”的說法並無不妥。但若用以表達板材之不良“極性”時，則不如“容電率”來得更為貼切。因而目前對此Dk，在正式規範中均已改稱為更標準說法的“相對電容率εr”了。注意ε是希臘字母Episolon，並非大寫的E.

事實上，絕緣板材之所以會出現這種不良的“容電”效果，主要是源自其材板材本身分子中具有極性（polarity）所致。由於其極性的存在，於是又產生一種電雙極式的“偶極矩”（Dipole Moment，例如純水25℃於Benzene中之數值即為），進而造成平行金屬板間之介質材料，對靜電電荷產生“蓄或容”的負面效果，極性愈大時Dk也愈大，容蓄的靜電電荷也愈多。純水本身的Dk常高達75，故板材必須儘量避免吸水，才不致升高Dk而減緩了訊號的傳輸速度，以及對特性阻抗控制等電性品質。

應用詮釋: 上述“相對容電率”（即介質常數）太大時，所造成訊號傳播（輸）速率變慢的效果，可利用著名的Maxwell Equation加以說明：

Vp（傳播速率）＝C（光速）∕√εr（周遭介質之相對容電率）.此式若用在空氣之場合時（εr1

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＝1），此即說明了空氣中的電波速率等於光速。但當一般多層板面上訊號線中傳輸“方波訊號”時（可視為電磁波），須將FR-4板材與綠漆的εr（Dk）代入上式，其速率自然會比在空氣中慢了許多，且εr愈高時其速率會愈慢。正如同高速公路上若有大量污泥存在時，其車速之部份能量會被吸收，車速也會隨之變慢。還可換一種想像來加以說明，如在彈簧路面上跑步時，其速度自然不如正常路面來得快，原因當然還是部份能量被浪費在彈跳上了。由此可知板材的εr要儘量抑抵的重要性了，且還要在溫度變化中具有穩定性，方不致影響“時脈速率”不斷提高下的訊號品質

不過若專業生產電容器時，則材料之εr反而要越高越好，而陶瓷之εr常在100以上正是容器的理想良材。

Loss Tanget 損失正切∕Disspation Factor（Df）散失因素

原理說明: 此詞在資訊業與通信業最簡單直接了當的定義是“訊號線中已漏失（Loss）到絕緣板材中的能量，對尚存在（Stored）線中能量之比值”。 訊號線於工作中已漏掉或已損失掉的能量，就傳輸本身而言可稱之“虛值”，而剩下仍可用以工作者則可稱之為“實值”。所謂的Df，就是將虛值（ε”）比上實值（ε’），如此所得的比值正是“散失因素”的簡單原始定義。 當此詞Df用於訊號之高速傳輸（指數位邏輯領域）與高頻傳播（指RF射頻領域）等資訊與通訊業中，尚另有三個常見的同義字，如損失因素（Loss Factor）、介質損失（Dielectric Loss），以及 損失正切Loss Tangent（日文稱為損失正接）等三種不同說法的出現，甚至IC業者更簡稱為Loss而已，其實內涵並無不同。

世界上並無完全絕緣的材料存在，再強的絕緣介質只要在不斷提高測試電壓下，終究會出現打穿崩潰的結局。即使在很低的工作電壓下，訊號線中傳輸的能量也多少會漏往其所附著的介質材料中。正如同品質再好的耐火磚，也多少會散漏出一些熱量出來。

應用詮釋: 對高頻（High Frequency）訊號欲從板面往空中飛出而言，板材Df要愈低愈好，例如800MHz時最好不要超過。否則將對射頻（RF）的通訊（信）產品具有不良影響。且頻率愈高時，板材的Df要愈小才行。正如同飛機要起飛時，其滑行的跑道一定要非常堅硬，才不致造成能量的無法發揮。高頻訊號傳輸之能量，工作中常會發生各種不當的損失，其一是往介質板材中漏失，稱為Dielectric Loss。其二是在導體中發熱的損失，稱為Conductor Loss。其三是形成電磁波往空氣中損失稱為Radiation Loss。前者可改用Df較低的板材製作高頻電路板，以減少損失。至於導體之損失，則可另以壓延銅箔或低稜線線銅箔，取代明顯柱狀結晶的粗糙E. D. Foil (Grade 1)，以因應不可避免的集膚效應（Skin Effect）。而輻射損失則需另加遮蔽（Shielding），並導之於“接地層”的零電位中，2

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以消除可能的後患。一般行動電話手機板上，做為區隔用途的圍牆（Fence）根基(即鍍化鎳金之寬條)，其眾多接地用的圍牆孔（Fence Hole），即可將組裝後金鐘罩所攔下的電磁波，消彌之於接地中，而不致於傷害到使用者的腦袋。 Flammability燃性

本詞實際上是指板材樹脂的“難燃性”（Inflammability）而言，重要規範與規格之來源有二，即(1)UL-94 and UL-796 (2)NEMA LI1-1989。常見之FR-4、FR-5等術語即出自NEMA之規範。為了大眾安全起見，電子產品的用料均須達到“難燃”或“抗燃” 的效果（即指火源消失後須具自熄Self-Distinguish的性質），以減少火災發生時的危險性，是產品品質以外的安全規定。許多不內行的業者所常用的廣告詞竟出現：“本公司產品品質均已符合UL的規定”，是一種笑話。

实验方法: 本项目的做法，可按UL-94或NEMA LI1-1989，不过IPC-TM-650之法却是引用前者。其无铜试样之尺寸为：5吋X5吋（厚度视产品而不同），每次做5样，每样试烧两次。试烧用之本生灯高4吋，管口直径吋，所用瓦斯可采天然气，丁烷，丙烷等均可，但每ft3 须具有1000BTU的热量。若出现争议时，则工业级的甲烷气（Methane）可作为标准燃料。

点燃火焰时，其垂直焰高应为吋之蓝焰，可分别调整燃料气与空气的进量，直到焰尖为黄色而焰体为蓝色即可。试样应垂直固定在支架上，夹点须在吋的边宽以内，下缘距焰尖之落差为吋。

试烧时将火焰置于之试样下约10± 秒后，即移出火源，立即用码表记下火焰之延烧秒数。直到火焰停止后又立即送回火苗至试样下方，再做第二次试烧。如此每样烧两次，五样共烧10次，根据NEMA之规定，10次延烧总秒数低于50秒者称为V-0级，低于250秒者称为V-1级，凡符合V-1级难燃性的环氧树脂，即可称为FR-4级树脂。

但IPC-4101/21中的报告方式，却是采“平均燃秒”上限不可超过5秒，与“单独燃秒”上限不可超过10秒，作为计录。 溴化物抗燃说明

一般性环氧树脂，是由丙二酚（Bisphenol A）与环氧氯丙烷（Epichloro Hydrin）二者所聚合而成，并不具难燃性（Flame Retardent），无法符合UL-94的规定。但若将“丙二酚”先行溴化反应，而改质成为“四溴丙二酚”，再混入液态环氧树脂（A-stage），使其溴含量之重量比达20﹪以上时，即可通过UL-94起码之 V-1规定，而成为难燃性的FR-4了。

电子产品一旦发生火灾或燃烧处理废板材之际，若其反应温度在850℃以下时，将会有3

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产生“戴奥辛”（Dioxin）剧毒的危险裂解物。故为了工安，环保，与生态环境起见，业界已有共识，将自2004年起，计划逐渐淘汰（face-out）溴素（是卤素的一种）的使用，总行动称为Halogen Free。目前日本业者的取代技术已渐趋成熟，而欧洲业界所唱的高调与法令的配合，已在全球业界形成必然之势，使得主要PCB生产基地的亚太地区，只好俯首称臣加紧配合。 难燃原理与商品

1.捕捉燃烧中出现的自由基（Free Radical，指H?），阻碍燃烧的进行传统FR-4环氧树脂所加入的溴（Br），会在高温中形成HBr，亦即对H之可燃性自由基加以捕捉，使燃烧不易进行。此即为添加卤素（Halogen）达到难燃的目的。除溴之外尚可添加毒性较少的氯，或卤素之磷系等均可，但并不比原来溴素高明多少。

2.添加氢氧化物等助剂，使在燃烧过程中本身进行脱水反应，而得以降温及阻绝氧气与可燃物之结合，而达难燃之目的不过此等添加物﹝如Al(OH)3﹞会增加板材的“极性”（Polarity），有损板材的电气性质，只能用于品级较低的PCB中。

3.加入不可燃的氮或硅或磷，以冲淡可燃物减少燃性

此种含氮物等又分有机物与无机物两类，日本已有商品，整体效果较好。如日立化成的多层板材MCL-RO-67G即为典型例子。

4.燃烧中产生覆盖物阻绝与氧气的供应而达难燃，如磷化物于高温中形成聚磷酸之焦膜，覆盖可燃物，断绝氧气减少其燃性但此系亦会产有害的红磷附产物，并不见得比原来的卤素好到哪去。

5.大量加入无机填充料（Filler），减少有机可燃物之比率以降低燃性

如日立化成所新推出的封装材料MCL-E-679F（G）中，即加入体积比60-80﹪小粒状的无机填充料，但却先对其做过特殊的表面处理（FICS），使与树脂主构体之间产生更好的亲和力，且分散力也更好。

Glass Transition Temperature(Tg) 玻璃态转化温度(不在IPC-4101/21中，但最重要) 聚合物(即Ploymer ，亦称高分子材料或树脂等)会因温度的升降，而造成其物性的变化。当其在常温时，通常会呈现一种非结晶无定形态(Amorphous)之脆硬玻璃状固体(此处之玻璃，是对组成不定各种物体之广义解释，并非常见狭义之透明玻璃)；但当在高温时却将转变成为一种如同橡胶状的弹性固体(Elastomer)。这种由常温“玻璃态”，转变成物性明显不同的高温“橡胶态”过程中，其狭窄之温变过度区域，特称为“玻璃态转化温度”；可简写成Tg，但应读成“Ts of G”，以示其转态的温度并非只在某一温度点上。 4

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此种状态“转换”的温度带虽非聚合物的熔点，但却可明显看出橡胶态的热胀系数(CTE)要高于玻璃态的3或4倍。凡板材的Tg不够高时，在高温的强烈Z膨胀应力下，可能会造成PTH孔铜壁的断裂。现行FR4之平均Tg已可135℃，而CEM-1亦有110℃，且在板厚之降低与镀铜品质的改善下，断孔的机率已比早先降低很多了。

由众多实务经验可知，Tg较高的板材，其热胀系数(CTE)较低，耐热性(Heat Resistance)良好，硬挺性（Stiffness or Rigidity）亦佳，板材之尺度安定性（Dimentional Stability）改善，且吸湿率(Moisture)亦较低，耐化性(Chemical Resistance含耐溶剂性)提升，各种电性性能亦较好，且不易出现白点白斑（measling and crazing）等缺点。故一般业者常要求板材在成本范围内，须尽量提高其Tg，以减少制程的变异与板材品质的不稳。

但由于Tg的测定的方法很多，而且所得数据之差异也颇大。须注意其实验之升温速率，应控制在5至10℃之间，不可太急。常用之测试法有DSC、TMA及DMA等三种，现说明如下：

1 DSC系指Differential Scanning Calorimetry (示差扫瞄卡计)，是在量测升温中板材之“热容量”(Heat capacity)变化(即Heat flow变化)。系在其变化最大的斜率处，以切线方式找出居中值即可。本法由于板材升温中，其热容量变化并不大，故对Tg测定的灵敏度较差。

2 TMA系指Thermal Mechanical Analysis(热机械分析法)，是量测升温中板材“热胀系数”(CTE)的变化。通常样板厚度在50mil以上者，本法测试之准确度要比DSC法更好。

3 DMA系指Dynamic Mechanical Analysis (动态热机械分析法)，是检测升温中聚合物在“粘弹性变化”方面的数据，或量测升温中板材在模数(Modulus)与硬挺性(Stiffness)方面的变化。其灵敏度最好，是三种方法中测值较高的一种（如同样品之TMA测值为145℃，DSC约为150℃，而DMA则约为165℃）。到底哪一种最准确，则人云皆非真相不易得知。不过本法对板材中有好几种不同树脂之混合者，亦能一一将之测出，但使用者之技术也较高。 抗撕强度Peel Strength

这是CNS的正确译词，而且早已行之有年。其典雅贴切足证前辈功力之高。可某些铜箔基板业者，按日文字面直接说成\" 剥离强度 \"，不但信雅达欠周，且欲待呈现之原义也尽失.

此词是指铜箔对基材板的附着力或固着力而言，常以每吋宽度铜箔垂直撕起所需的力量做为表达单位。这当然不仅量测原板材的到货(As Received)情形，也还要仿真电路板制程的高温环境，热应力，湿制程化学槽液等的各种折磨，以及耐溶剂的考验，然后检视其铜箔附着力是否发生劣化。之所以如此，实乃因线路愈来愈细密时，其附着力的稳定性5

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(Consistency)将益形重要，而并非原板材铜箔附着力平均值很高就算完事。

PC-4101/21就FR-4板材之此号规格单中，对该类基板之抗撕强度已划分成三项试验及允收规格，即：

A. 厚度17um以上之低棱线铜箔(Low Profile)，其测值无论厚板(指或31 mil以上)或薄板(指或31 mil 以下)均需超过70㎏/m(或磅/吋)之规格。

B.标准棱线抓地力较强之铜箔（即IPC-CF-150之Grade 1）又有三种情况(试验方法均按IPC-TM-650之节之规定)：

(B-1)：热应力试验后(288℃漂锡10秒钟)；薄板者须超过80㎏/m(或磅/吋)，厚板者须超过105㎏/m(或磅/吋)。

(B-2)：于125℃高温中；薄板与厚板均须超过70㎏/m(约4 lb/in)。

(B-3)：经湿制程考验后；薄板须超过55㎏/m(或 lb/in)厚板须超过80㎏/m(或 lb/in)。 C.其它铜箔者，其抗撕强度之允收规格则须供需双方之同意。

D.试验频度：按IPC-4101表5之规定，上述B-1项品质出货时须逐批试验，B-2项则三个月验一次，而B-3项也是三个月验一次。一般业者经常对抗撕强度 随便说说的 8磅 ，系指早期美军规范(MIL-P-13949)旧“规格单4D”中，对厚度1oz之标准铜箔之 8 lb/in 而言，立论十分松散不足为训。 Volume Resistivity 体积电阻率]

系在量测板材本身的绝缘品质如何，是以“电阻值”为其量化标准。例如在各种DC高电压下，测试两通孔间板材的电阻值，即为绝缘品质的一种量测法。由于板材试验前的情况各异，试验中周遭环境也不同，故对本术语与下述之 “表面电阻率” 在数据都会造成很大的变化

例如军规MIL-P-13949要求20mil以上的FR-4厚板材，执行本试验前须在 50℃/10﹪RH 与 25℃/90﹪RH 两种环境之间，先进行往返10次的变换，然后才在第10次 25℃/90﹪RH 之后进行本试验。至于原在20mil以上的FR-4厚板材，则另要求在C-96/35/90(ASTM表示法，即35℃，90﹪RH，放置96小时)之环境中先行适况处理，且另外还要求在125℃的高温中，量测FR-4的电阻率读值。

IPC-4101在其表5中对此项基板品质项目，要求12个月才测一次(由此可见本项并不重要)。每次取6个样片，须按IPC-TM-650手册之测试法进行实做，而及格标准则另按各单独板材之特定规格单。至于最常见FR-4之厚板(指或以上)经吸湿后，其读值仍须在106Megohm-cm以上，高温中试验之及格标准亦应在103Megohm-cm以上。 6

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其实此种 \"体积电阻率\"也就是所谓的\"比绝缘\"(Specific Insulation)值，系指板材在三度空间各边长1cm的块状绝缘体上，分别自其两对面所测得电阻值大小之谓也。因目前基材板的技术已非常进步，此种基本绝缘品质想要不及格还不太容易呢，似无必要详加追究。

Surface Resistivity 表面电阻率(不重要)

系量测单一板面上，相邻10mil两导体间之表面电阻率。不过当板材的事先适况处理与试验环境不同时，其之测值亦有很大的变化。本试验前各种板材所应执行的10次适况前处理，则与前项体积电阻率之做法相同，而125℃的高温中试验也按前项实施。

IPC-4101亦将此项目收纳在其表5中，测试方法与12个月测试之频度，也与前项完全相同。早年树脂的生产技术自然不如目前远甚，时常担心树脂或玻纤布中夹杂有离子性的残渣，一旦如此将造成板材绝缘品质的劣化，是故早年的老旧规范中，都加设了上述两项绝缘品质之\"电阻率\"规格。

然而基材板中若要12个月才测一次的品质项目，又能对每天大量出货的PCB工业有何帮助？有什么把关的必要？真是天晓得! 想必此等可有可无不关痛痒的陋规，将来迟早会被取消而成为历史。

Moisture Absorption 吸湿率(又名Water Absorption)

此项品质系订定于IPC-4101之表5，须每三个月取4个样板去做试验。又按IPC-4101/21对FR-4基板的规定，厚度低于的薄板要求吸湿率不可超过﹪；以上的厚板则须低于﹪。 至于测试方法，则应按IPC-TM-650手册之方法去进行。其做法是裁取2吋X2吋的样板，板边四面都要用400号砂纸小心磨平，再将两面铜箔蚀刻掉，洗净后放置在105℃-110℃烤箱中烘烤1小时，取出后于干燥皿中冷到室温，再精称其重量到。之后的吸水实验也很简单，即将样板浸在23℃±1℃的蒸馏水中24小时。取出后立即擦干并立即精秤即可。 原理诠释：

理论上纯水是不导电的，若板材吸水后应不致造成绝缘品质的劣化，或出现漏电的缺失。当然若所吸到的是不纯的水，自然会影响到板材的绝缘品质。但读者们却不可忘记，水分子是一种\"极性\"颇强的化合物，其\"相对容电率\"(εr.即老式说法的介质常数Dk)高达75，故板材吸水后所制作的多层板传输线，必然会造成讯号传播速率(Vp)的降低，原理从Maxwell Equation:Vp=C/ √ εr中可得其详。(Vp：讯号之传播速度、C：光速、εr：讯号线周围介质之相对容电率)

其次是板材所可能吸到水份，当然不可能是纯水，何况钻孔镀孔以及众多的湿式流程，怎么可能会不吸入离子性漏电的物质？是故有了水后“玻纤丝阳极性漏电”之缺失(CAF；7

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Conductive Anodic Filament)就难免不会发生了。而且吸了水的板材遇到瞬间高温焊接或喷钖时，必然会产生爆板的恶果，这就是对基材板严格要求吸水率够低的三种主要原因。

目前由于树脂配方技术与胶片含浸工程的长足进步，一般商品板材之吸水率都远于规格值的数十倍以下，换句话说吸水率早已不是问题了，除非规格值再严加降低，或改用压力锅试验(PCT;Pressure Cooker Test)更严酷的做法，才会面临挑战。

Dielectric Breakdown介质崩溃(次重要)

系刻意不断提高AC测试之电压至50KV以上，以观察厚板材中相距1吋之两插孔电极，其崩溃打穿的起码电压值为何。按IPC-4101表5的规定，此项品质亦系三个月测一次，每次取三个样片。至于IPC-4101/21对FR-4原板之及格标准，则另订定下限为40KV。

其试验法系按IPC-TM-650之 B法去进行。所取无铜箔之样板其大小为3吋 X2吋(厚度在以上)，沿其板长方向的中心线上，钻出相距1吋而直径各为188mil的穿孔两个，并分别插入两锥状电极(其一为高电压极，其二为接地极)，然后连以电缆一同浸于绝缘油槽中(如Shell Dial Ax即可)。再按上表以每秒调升500V之方式逐渐升高测试电压，仔细观察所发生之崩溃的情形，且记录其三个数据及求平均值。但若并未出现崩溃时，即以其可调之最高电压值为纪录。

Flexural Strength 抗挠强度(又称Flexural Modulus 抗挠模数)

诠释: 是指基材板所在承受多少重量之下，而尚不致折断的机械强度。也就是说做成电路板后，可以承载多少组件而不变形的能力。换言之就是在测板材的硬挺性（Stiffness or Rigidity），口语上似可说成“抗弯强度”或“抗弯能力”。板材若在本项之品质良好时，其板弯板翘也就低了。此“抗挠强度”的试验方法，可按IPC-TM-650之法（）去做，该法指出本项目是针对厚板而做，而厚板与薄板的分界却是（20mil），与现行分法（）的（31mil）又有所不同。按品质管理的精神，当然是“后来居上”取代前者，故知此种基板硬挺性品质是针对31mil以上的厚板而言。

做法: 实际做法很简单，是将板材自底面以“两杆”支撑，再自顶面的中央以“固定宽度的重头（Crosshead）”用力向下压。该压试机“之支撑跨距（Span）与下压速度（Speed of Testing）等数据，以及对应试验板在长宽厚等尺度方面的关系，均按下表之规定： 上述试验机之支撑杆上缘与下压重头之下缘（Nose），均须呈现圆弧表面，样板外缘亦须保持平整，不可出现缺口撕口等。试验要一直用力压下直到样板断裂为止。所得数据以“磅”或“公斤”为单位，再按样板面积换算成“压力强度”的PSI或Kg/M2，做为允收规格。IPC-4101/21中即已列入现行的允收规格长方向之下限为 kg/m2，横方向之下限为m2。 8

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Flexural Strength at Elevalted Temperature 高温中抗挠强度

系为已搭载零件的板子，在高温焊接中仿真其抗挠强度如何的试验。实验可按IPC-TM-650之规定去做，是将样板放在已有夹具的特定烤箱内，去进行压试。该烤箱须能控温在 3℃以内，不同板材之温度条件另有表格规定。所有做法与前项常温者类同。

此等板材高温“硬挺性”之品质好坏，对表面贴装（SMT）各种零件之焊点强度甚具影响力。目前各种小型手执电子机器的流行，连薄板也要考虑到本项品质了。不过由于树脂在Tg方面的提高，与玻纤布的改善（如Asahi-Scwebel专利压扁分散的玻纤布），使得本项品质也改善极多。 Arc Resistance 耐电弧性

是对无铜箔之清洁厚板面上，以高电压低电流（以下）的两个钨金属平面之电极测头，在 的跨距下，当开动测试机时即产生空中之电弧，不久即会自动消失于板材中。此时板材即将有电弧之轨迹（Tracksing）出现，于是记录下空中电弧消失前所经历的“秒数”，即为“耐电弧”的数据。21号规格单要求应在60秒以上.

Thermal Stress 热应力

系取2 inX2 in各种厚度之板材，有铜箔与无铜箔者分别试验，也就是在288℃的锡池表面漂浮10秒钟。洗净之后在正常视力下（左右眼各为）检查板面之外观，或另用4倍与10倍放大镜观察板面，是否出现炭化（Charing）、表面污染、树脂损伤、树脂变软、爆板分层、起泡、织纹显露、瑕疵扩大、白点、白斑与坑陷等缺点。至于有铜箔者则只检查是否起泡或分层即可，此项品质与树脂之Tg及板材吸水率有关。目视标准可参考IPC-A-600F之各种图标。

Dielectric Strength 介质强度

本词又称为Electric Strength抗电强度，系量测板材在Z方向抵抗高电压的能力。本项品质之衡量，是将已发生打穿（Failure）之直流电压实测数据，除以板厚所得数据之volt/mil或volt/mm为单位。此项试验只针对薄板（31mil以下）而做，实验须按IPC-TM-650之法（）去进行。21号规格单要求，及格标准之下限为 V/mm。

Comparative Tracking Index 比较性漏电指数

此CTI是针对一般家电用品，或其它高电压（110V,220V）电器品，所用单面基材板之品质项目。因不属于计算机信息或通讯之领域，故IPC-4101并未将之纳入，反倒是国际电工委员会（IEC）已收纳于其IEC-STD-112之中（电路板信息杂志曾将该份Publication 112于53期中全文翻译，读者可参考之）。系仿真完工电路板在使用环境中遭到污染，致使板面9

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线路间距处出现漏电短路，且发热烧焦的情形。是比较各种板材能否耐得恶劣环境的侵犯，能否减少危险机率之试验，也就是在最坏的打算下，看看电路板之板材能否过关的试验。 其做法是在裸基材的板面上，在相距4mm之两点，以60度的方向在100g的力量下刺入板材°电极尖端之锥度30o，刺定后在两点之间不断滴下%的氯化铵溶液，每30秒1滴，并通入高电压（100-600V）之交流电（AC）进行试验。可先试用300V并使出现1安培的电流。因板面上已有氯化铵溶液，故通电中会出现电阻而发热，逐使溶液被蒸发走掉，于是又续滴下溶液直到50滴时，看看板材本身会不会漏电。一旦当绝缘板材出现的漏电并超过秒以上者，即纪录为故障（Failure，此时蜂鸣器会发出叫声），测试仪器也会自动记录下发生故障时已滴下的总滴数。

板材CTI的品质是指50滴仍未故障者，其所呈现的外加电压数值。若上述300V可顺利过关时，还可再增加电压为400V，500V，或600V等，直到出现故障前之最高电压，即为该板材的CTI数据。一般规定FR-4及格标准是200-400V，而CEM-1也是200-400V，但日本业界有时会要求到800V之严格标准。

热胀系数(CTE)

CTE為熱膨脹係數（Coefficient of Thermal Expansion）的簡稱。PCB在.方向受到有玻纖布的鉗制，以致CTE不大，約在12∼15ppm/℃ 左右。但板厚Z方向在無拘束下將擴大為55∼60ppm/℃。Z軸CTE採「熱機分析法」（Thermal Mechanical Analysis簡稱TMA）量測板材Tg以內的熱膨脹係數（α1-CTE），及Tg以上的熱膨脹係數（α2-CTE）。目前α1-CTE之上限為60ppm/℃，而α2-CTE之上限為300ppm/℃。其中α2-CTE更受重視。

因為PCB通孔及焊墊中銅的CTE約為16∼18ppm/℃，與α2-CTE的差距過大容易引起通孔中孔環的斷裂（Crack）、銅環自板材拉起、局部扯裂或爆板分層（De-lamination）的情況。另外，50℃∼260℃之Z軸整體CTE亦很重要。以IPC 4101新規範，一般Tg之Z軸CTE上限為 4％、Mid Tg為％、High Tg則為3％。

对于简单产品，焊接温度为235－240摄氏度，对于大热容量的复杂产品，可能需要260摄氏度高温才能满足要求，传统PCB基材大量使用溴化环氧树脂等含卤素聚合物的阻燃材料（含PBB和PBDE），在无铅工艺高的焊接温度下可能出现不可接受的变色、起皮和变形，而且容易释放出高毒性物质（如二恶英等致癌物），另外焊接温度升高，由于材料的CET不匹配，尤其是Z方向，易造成多层结构的PCB金属化孔镀层断裂，一般玻璃转化温度Tg前后，都要求有较低的CTE

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. 常用FR4的Tg在135摄氏度左右，Tg下树脂、玻璃纤维的CTE与Cu（16×16－6/k）相似，而在Tg－260摄氏度间Z轴CTE较大，（80－90×10－6/k），基于外观要求、设计难度和绿色制造等理由，无铅化用PCB应转向使用Tg较高的FR4、FR5或CEMn基材有助于降低不匹配产生的应力，但后两者成本较高，

耐熱裂時間（T260、T288、T300）

乃是以TMA法將板材逐步加熱到260℃、288℃，或300℃之定點溫度，然後觀察板材在此強熱環境中，能夠抵抗Z軸膨脹多久而不致裂開，此種忍耐時間即定義為「耐裂時間」。目前新版IPC暫定一般Tg：T260為30分鐘、T288為5分鐘，Mid Tg：T260為30分鐘、T288為5分鐘，High Tg：T260為30分鐘、T288為15分鐘、T300為2分鐘。

過去一般人的認知，材料的耐熱性往往以Tg為指標，Tg愈高則耐熱性愈佳。不少OEM、ODM的設計工程師亦陷入此迷思。事實上，此觀念不盡正確。因為傳統的FR-4基材乃以Dicy當硬化劑，而Dicy因含極性，其吸濕性高，雖然Tg高其耐熱性未必良好。无铅后PCB还要求一个参数T288，含义为温度在288摄氏度时PCB能保持它的强度多长时间，IPC最近公布的FR4标准草案中为15min，此外在电镀前还需除掉孔内侧树脂/玻

Td(分解温度/层压分离温度)

Td为分解温度/层压分离温度，定义为材料重量损失5％时的温度，无铅工艺中业界提出将Td改为质量减少2％的温度. Td为基材是否能通过无铅焊接之重要指标。

Td（裂解温度）：乃以「热重分析法」（Thermal Gravity Analysis）将树脂加热中失重5％（Weight Loss）之温度点定义为Td。Td可判断板材之耐热性，作为是否可能产生爆板的间接指标。IPC新规范建议因应无铅焊接，一般Tg之Td ＞310℃，Mid Tg之Td＞325℃，High Tg之Td＞340℃。

耐离子迁移(CAF) /导电性阳极丝（CAF）

离子迁移现象起因于一种与溶液和电位等相关的电化学现象，可分为阳极反应（金属溶解过程）、金属离子的移动过程、阴极反应（金属或金属氧化物析出过程）.

印刷电路板等电极间由于吸湿和结露等作用吸附水分后加入电场时，金属离子从一个金属电极向另一金属电极移动、析出金属或化合物的现象称为离子迁移。

印刷电路板等电极间由于吸湿和结露等作用吸附水分后加入电场时，金属离子从一个金属电极向另一金属电极移动、析出金属或化合物的现象称为离子迁移。

印制线路板及其覆铜箔层压板耐离子迁移性能，是研究印制线路板及其履铜箔层压板在

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高温高湿的条件下，由于线路电压的作用，线路铜箔上的铜离子沿树脂和玻璃纤维表面（包括外表面和内层表面）迁移的过程。

这种迁移，以两种形式存在，一是化学迁移，另一是电迁移。在光学显微镜观察下，可清晰观察到象树枝状迁移痕迹。在高度集成的电路中，会形成导线间的电气短路，严重影响产品性能和可靠性。这种由迁移形成的铜丝会在相邻的导体间产生内部电气短路，失效后的板材将给电器产品造成重大的损失。这种损失在航天、通讯和生命技术领域显得尤其重大。同时，可严重影响电子产品的长期可靠性。因此，导电阳极丝（CAF）的测试就变得非常重要。

产生CAF是两大方面：（一）CCL本身；（二）CCL的加工，随着PCB高密度化，这个问题越来越突出了，（孔与孔，线与线…）.⑴基材方法改进：新型结构玻纤布，常规E-玻纤布→开纤布→扁平布耐CAF，弱←——→强, 提高树脂浸润性, 减小树脂中的离子含量HHˉ4 和Clˉ为主. ⑵CCL加工方面: ①改进钻孔质量：粗糙度由50μm→30μm→20μm→②改进去钻污条件与方法：重量损失控制在 ∽cm2

耐CAF试验（PCB层间绝缘可靠度）：测试条件：85℃/85%RH，50V，1000 h耐CAF板>1000小时， (孔径、孔距，

以下，专门探讨一下有关PCB绝缘性劣化的事例 ① 由于CAF造成的绝缘性劣化

离子迁移现象在覆铜板（或多层板基材）中的玻纤布的纤维与树脂之间所产生，称作CAF（Conductive anodic filament）现象。描述CAF发生情况、过程、见图20所示。通过深入的观察发现，离子迁移易发生在覆铜板的孔之间，孔与图形之间的沿玻璃纤维界面上。在玻璃纤维与树脂界面上的离子迁移发生机理的研究，由于还有偶联剂、固化剂等存在就更加复杂。但研究结果表明，在覆铜板上发生的离子迁移现象，只是发现在一环氧树脂/玻纤布基材中。而双马来酰亚胺三嗪树脂（BT树脂）、聚酰亚胺树脂（PI树脂）所制出的覆铜板还未发现。

CAF所发生的金属析出，往往是在阳极部分开始成长\"金属纤维\"状体。目前研究抑制CAF发生，主要侧重于树脂的组成，铂溶解能铜离子捕捉能等方面。表7所示了在改进环氧树脂固化剂方面的研究情况。

有关研究报告提出：通过观测，试验得到电极上的溶解物扩散到溶液中，是造成PCB绝缘性劣化的一个重要原因。这项试验，是用有电镀图表的聚酰亚胺作为基材的多层板作为试样，在60~65%RH下、内层电路施加20V直流电压、电极间的基板树脂表面润湿有水的12

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状态下进行的。该试验结果表明，在此试验条件下，PCB的绝缘电阻十分低。并且在阴极端焊处及阳极端部都有变色痕迹出现。

有关试验还好证实：对6层的多层PCB作高温湿处理（处理条件：600C、85%RH、施加直流20V电压、1000H）后，发现基板上有水印痕迹的变色。通过对此痕迹部位的微部面的观察，可发现在这异常变色处上残留有K、Pb、Sn、Cu。它们对PCB的绝缘性的保持，起到破坏作用。

为了提高PCB的绝缘性，提高它的耐CAF性，现在已经确立了一种对覆铜板进行电蚀检测的方法。这个简易的试验方法，是建立在\"引起电蚀发生主要原因于电解质\"的认识基础之上。试验的具体方法，是在覆铜板上制成导线间距为、长100 mm的梳形电路图形的试样，将该试样放在浓度很低的电解质溶液（浓度10-6mol/e）内，并施加IV的直流电压。当试样通入电流（50MA）30分钟时从溶液中取出，观察它在导线图形间是否有树脂晶体状的金属析出。

CAF FORMATION

CAF：Conductive Anodic Filament

全球市场普遍需求的FR4板种类目前主要包括5种：一是Tg130～135℃，带UV普通FR4板，占总数90%；二是Tg150～155℃，带UV、CAF、CTI的FR4板，占总数3%，随着Lf的新型加快此类产品极有可能在短时间内在某些领域取代普通FR—4板，达到总需求的55%；三是Tg170～180℃，带UV、CAF的FR4板，占总数的2～3%，未来3年可能达到10%；四是Tg170～180℃，带UV、CAF、halopen free，目前约占总数1%～2%，未来前景尚不明朗；五是Tg135～150℃，带UV、CAF、或FR4板，目前需求量不稳，但未来313

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年大陆的需求将有明显增加。国内市场目前5类产品的比例分别为90%、3%、2～3%、1%、2%，预计2008年为30%、55%、10%、3%、2%。

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