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第二章 第二节 覆铜板的性能与标准
 
 
一.各种型号覆铜板的性能要求
  国际电工委员会、国外一些标准化组织(IPC 、JIS ASTM)及我国都制定了覆铜板标准,各标准化组织制定的覆铜板标准,技术指标体系和性能要求不尽相同。覆铜板的主要性能要求包括外观、尺寸、电性能、物理性能、化学性能、环境性能等六个方面。
  (一)、外观要求
  外观要求包括对金属箔面凹坑、划痕、麻点和胶点、皱折、针孔的尺寸要求和对层压板面及次表面的胶点、压痕、缺胶、气泡、外来杂质等缺陷的要求。
  (二)、尺寸要求
  尺寸要求包括长度、宽度、厚度及偏差、弓曲和扭曲及垂直度要求
  (三)、电性能要求
  电性能要求包括介电常数、损耗因数、体积电阻率、表面电阻率、绝缘电阻、耐电弧性、击穿电压、电气强度、相比漏电起痕指数等性能要求。
  (四)、物理性能要求
  物理性能要求包括焊盘拉脱强度、冲孔性、剥离强度、尺寸稳定性、弯曲强度、热导率(供选)、耐热性等性能要求。
  (五)、化学性能要求
  化学性能要求包括燃烧性、热应力(耐浮焊)、耐化学性(耐药品性)、可焊性、金属表面可清洗性、玻璃化温度、热膨胀系数、热分解温度、热分层时间。
  (六)、环境性能要求
  环境性能要求包括吸水性、耐霉性、压力容器蒸煮试验、卤素含量。
  以下列出我国国家标准(GB)、国际电工委员会标准(IEC)、日本工业标准 (JIS)、美国印制电路协会(IPC)、美国材料与试验协会(ASTM)覆铜板标准的主要性能(见表2-2-1、表2-2-2、表2-2-3、表2-2-4、表2-2-5)。
  表2-2-1 我国国家标准中覆铜板的性能
  表2-2-2 IEC标准中CCL的性能(酚醛纸基、环氧玻纤布基、复合基)
  表2-2-2a IEC标准CCL的性能(特种树脂 特种增强材料基板)
  表2-2-2b IEC标准CCL的性能(适应无铅焊接基材 无卤基材)
  表2-2-3 JIS标准CCL的主要性能(纸基材、复合基材和合成纤维基材)
  表2-2-3a JIS标准CCL的主要性能(玻纤布基材)
  表2-2-4 IPC标准覆铜板的主要性能(纸基板和复合基板)
  表2-2-4a IPC标准覆铜板的主要性能 (环氧玻纤布基 环氧复合介质基、聚酰亚胺玻纤布基)
  表2-2-4b IPC标准特种覆铜板的主要性能
  表2-2-4c IPC标准适应无铅焊接覆铜板的主要性能
  表2-2-4d IPC标准无卤覆铜板的主要性能
  表2-2-5 ASTM标准覆铜板的主要性能
  (说明:以上诸表均略,读者如需要,请与编辑部联系。
  电话:029-33335234,15319085755 E-mail:ccla33335234@163.com )

二、国内外覆铜板标准的技术差异
  国内外覆铜板标准主要技术指标差异体现在三个方面。
  (一)性能指标体系的差异
  覆铜板标准主要性能差异体现在电性能、物理性能、化学性能及环境性能指标体系差异。
  1.电性能指标体系差异体现在:表面腐蚀、边缘腐蚀、耐电弧性、绝缘电阻、电气强度五个项目上,分别叙述如下。
  (1)表面腐蚀和边缘腐蚀
  表面腐蚀,主要用以评定在电场和湿热条件作用下绝缘基板和导体的耐腐蚀性能。边缘腐蚀,主要用以评定覆铜板在极化电压、湿热条件下由于基材的原因使与之接触的金属部件电化腐蚀的程度。
  表面腐蚀和边缘腐蚀在IEC标准指标体系中作为覆铜板主要性能指标,在JIS、ASTM、IPC及新修订的国家标准标准指标体系中均没有“表面腐蚀和边缘腐蚀”要求。
  (2)绝缘电阻
  绝缘电阻包括绝缘基板的体积电阻和表面电阻,总称为绝缘电阻。绝缘电阻用来衡量基板的绝缘性能优劣。在JIS标准指标体系和我国2009年新修订GB/T4723《印制电路用覆铜箔酚醛纸层压板》国家标准中绝缘电阻作为覆铜板的主要性能指标,而IEC、ASTM及IPC标准指标体系均没有“绝缘电阻”要求。
  (3)耐电弧性
  耐电弧性主要用来评定在高电压、小电流作用下绝缘基材耐受电弧的能力 。在IPC、我国新修订的覆铜板标准指标体系中,耐电弧性作为覆铜板的主要性能。在ASTM、JIS标准指标体系中没有“耐电弧性”要求。
  2.物理性能指标体系差异
  物理性能指标体系差异体现在:焊盘拉脱强度、冲孔性、耐热性和尺寸稳定性四个项目上,分别叙述如下。
  (1)拉脱强度
  拉脱强度是通过测定焊盘经焊接操作后从基板上分离焊盘所需的垂直方向的拉力,以评定焊盘经焊接操作的高温环境之后与基材的附着力。在我国新修订的GB/T4723《印制电路用覆铜箔酚醛纸层压板》和IEC标准指标体系中拉脱强度作为覆铜板的主要性能指标, 而IPC、JIS、ASTM标准指标体系中没有“拉脱强度”要求。
  (2)冲孔性
  我国2009年新修订的GB/T4723《印制电路用覆铜箔酚醛纸层压板》标准,冲孔性作为纸基覆铜板的推荐性项目。考核冲孔性的方法是让试样经受特定的模拟冲孔工艺过程后,检查孔间隙及边缘有无碎裂或开裂、白边来评定纸基覆铜板的耐冲剪性能,纸基板的冲孔性共分为1、2、3、4、5级。1级最差,5级最好。  IEC标准指标体系中冲孔性作为覆铜板供选项,试验方法在研制中。IPC、JIS、ASTM标准的指标体系中没有冲孔性要求。
  (3)耐热性
  在JIS标准、ASTM标准、新修订的GB/T4723《印制电路用覆铜箔酚醛纸层压板》标准指标体系中,耐热性作为覆铜板的主要性能指标。而我国2009年新修订的GB/T4724《印制电路用复合基层压板》、GB/T4725《印制电路用覆铜箔环氧玻纤布层压板》、GB/T16315《印制电路用覆铜箔聚酰亚胺玻纤布层压板》、IPC4101、IEC61249-2标准指标体系中不作为覆铜板的主要性能指标。JIS和ASTM标准中各种覆铜板的耐热性试验条件不同(见第二节中(二)4)。
  (4)尺寸稳定性
  在IEC标准指标体系中尺寸稳定性作为覆铜板的主要性能指标,而在我国国家标准、JIS、IPC、ASTM标准指标体系中不作为覆铜板的主要性能指标。
  3.化学性能指标差异
  化学性能指标差异体现在耐药品性和可焊性两个项目上。以下分别叙述。
  (1)耐药品性(耐化学性)
  耐药品性,是将试样浸入一定浓度的化学药品溶液中或置于某种有机溶剂蒸汽中,经适当时间后,观察试样有无起泡、分层和外观变化来评定绝缘基材对印制板生产和组装中所用化学药品的耐受性。 在JIS、ASTM及我国新修订的GB/T 4723《印制电路用覆铜箔酚醛纸层压板》标准指标体系中,耐药品性作为覆铜板的主要性能指标。而我国国家标准(GB/T4724、GB/T4725、 GB/T16315)、IPC 、IEC标准指标体系中耐药品性不作为覆铜板的主要性能要求。此外,在JIS标准和ASTM标准中,耐药品性试验所用的化学药品不同。JIS标准使用3%的NaOH水溶液,ASTM标准耐药品性试验用化学药品由供需双方商定。
  (2)可焊性
  可焊性,主要用来评定覆铜板的铜箔面与熔融焊料的附着性,是将覆铜板样品的铜箔面在熔融焊料中浸焊规定的时间后,观察铜箔面被熔融焊料润湿情况来评定样品的可焊或不可焊。我国GB/T4724 GB/T4725 中可焊性作为覆铜板的主要性能指标。而IPC、ASTM、IEC及JIS标准指标体系中没有可焊性要求。
  4.环境性能指标体系差异体现在“压力容器试验”项目上
  压力容器试验,在国内外标准中名称不统一 ,IEC标准称“压力蒸煮试验”,IPC称“压力容器试验”,我国1992版覆铜板国家标准称为“白斑试验”。压力蒸煮试验是通过考核玻纤布层压板在热应力作用下,在玻纤布经线和纬线交叉处是否出现玻璃纤维与树脂分离,而呈现“白斑”来评定玻纤布基覆铜板所用偶联剂、树脂配方及覆铜板质量的优劣。
  IEC标准指标体系中 “压力蒸煮试验”作为玻纤布基覆铜板的主要性能指标。我国新修订的GB/T4725 GB/T16315覆铜板国家标准、IPC、ASTM、JISC标准指标体系中“压力蒸煮试验”不作为覆铜板的主要性能指标。
  (二)试验条件和处理条件的差异
  国内外标准中对覆铜板以下九项主要性能:热应力(热冲击起泡试验)、热冲击后和干热后剥离强度、高温弯曲强度、耐热性、表面电阻和体积电阻率、介电常数和损耗因数和耐药品性的试验条件不同。以下分别叙述:
  1.热应力(热冲击起泡试验、耐浮焊)
  该项性能在国内外标准中叫法不统一。IEC标准中名称为“热冲击起泡试验”。JIS标准名称“耐焊接热”;IPC称为“热应力”;ASTM标准中称为“耐浮焊性”。在国内外标准中不同的基板热冲击起泡试验条件不尽相同,见表2-2-6。
         表2-2-6 国内外标准热应力试验条件

基板类型

国内外标准

热应力试验条件

纸基板

GB 、 IEC 、 JIS 、 IPC

260 ℃ , 10s

ASTM

246 ℃ , 5s

环氧玻纤布基板

GB 、 IEC 、 JIS 、 ASTM

260 ℃ , 20s

IPC

288 ℃ , 10s

聚酰亚胺玻纤布基板

GB

288 ℃ , 3min

复合基板

GB 、 IEC 、 JIS 、 IPC

260 ℃ , 10s

ASTM

260 ℃ , 20s

  2.剥离强度试验条件差异
  国内外标准中都将热应力后(热冲击后)和高温下的剥离强度作为覆铜板主要性能指标。但各标准中对不同基板在热冲击和高温下剥离强度的试验条件不尽相同。 国内外标准中对各种类型基板热应力后剥离强度试验,热应力条件见表2-2-6。高温下剥离强度试验条件见表2-2-7。
      表2-2-7 各种基板高温下剥离强度试验条件

项目

基板类型

国内外标准

试验条件(温度)





N/mm

酚醛纸基板

GB 、 IEC

100 ℃

JIS 、 IPC

105 ℃

环氧纸基板

GB 、 IEC

100 ℃

JIS 、 IPC

105 ℃

ASTM

125 ℃

环氧玻纤布基板

GB 、 IEC 、 ASTM 、 IPC

125 ℃

JIS

125 ℃
150 ℃ ( G-11 , FR-5 )

复合基板

GB 、 IEC

100 ℃

JIS 、 IPC 、 ASTM

125 ℃

改性聚酰亚胺玻纤布基板

GB 、 IEC 、

175 ℃

IPC

170 ℃

JIS

150 ℃

BT 玻纤布基板

IPC 、 IEC

150 ℃

JIS

175 ℃

  3.高温弯曲强度试验条件差异
  IPC、ASTM标准中都对FR-5、G-11和GPY等耐热覆铜板提出高温弯曲强度要求。但不同的基板高温弯曲强度试验温度不尽相同。详见表2-2-8。
          表2-2-8 高温弯曲强度试验条件

项目

基板类型

国内外标准

高温试验条件

高温弯曲强度

双官能和四官能环氧玻纤布基板

IPC IEC

125 ℃

G-11 、 FR-5 、高温环氧玻纤布基板、
BT 玻纤布基板

ASTM IPC IEC JIS

150 ℃

聚酰亚胺玻纤布基板、氰酸 酯 玻纤布基板

IPC

204 ℃

IEC

200 ℃

  表2-2-8可见,IPC标准中多官能环氧玻纤布基板高温弯曲强度试验条件为125℃,FR-5、G-11、改性环氧玻纤布基板及BT-玻纤布基板高温试验条件150℃。聚酰亚胺玻纤布基板和氰酸酯玻纤布基板IPC标准高温试验条件为204℃,IEC标准为200℃。ASTM标准中仅有G-11和FR-5两种耐高温基材,其高温弯曲强度试验条件为150℃。JISC标准有聚酰亚胺玻纤和BT改性环氧玻纤布基板布基板,但是,产品标准没有高温弯曲强度指标要求,试验方法中也无高温弯曲强度试验温度规定。
  4.耐热性试验条件差异
  JIS和ASTM标准中将“耐热性”作为覆铜板的主要性能指标。但其对不同的基板“耐热性”试验条件不同,见表2-2-9。
        表2-2-9 JIS和ASTM标准耐热性试验条件

项目

基材类型

标准

耐热性试验条件

耐热性

酚醛纸基板

ASTM

120 ℃ 30min

JIS

130 ℃ 30min

环氧纸基板

JIS

130 ℃ 60min

ASTM

120 ℃ 60min

CEM-1 复合基板

JIS

130 ℃ 60min

ASTM

140 ℃ 60min

CEM-3 复合基板

JIS

180 ℃ 60min

ASTM

140 ℃ 60min

环氧玻纤布基板

ASTM

140 ℃ 60min

  5.耐药品性试验条件差异
  在JIS标准和ASTM标准中将耐药品性作为覆铜板的主要性能指标。但JIS和ASTM标准中耐药品性的试验条件不同。JIS标准耐药品性的试验药品为3%NaOH水溶液。该方法是将样品浸入40℃ 、3% NaOH水溶液中3min后观察基材有无分层、起泡和变色。而ASTM标准所用药品为三氯乙烯,是将样品置于三氯乙烯蒸汽中2min后观察基材有无分层、起泡和变色。
  6.表面电阻率(表面电阻)和体积电阻率试验条件差异
  国内外标准中都将表面电阻表率和体积电阻率作为覆铜板的主要性能指标。但各标准中表面电阻率和体积电阻率试样的处理条件不同。我国新修订的覆铜板国家标准(GB/T4724、GB/T4725、GB/T16315)、IPC标准规定的试样处理条件有两种:在恒温恒湿空气中处理、在高温下处理。而ASTM标准规定的处理条件仅一种,恒温恒湿空气中处理(C-96/35/90)。IEC标准规定的试样处理条件有三种:湿热处理(在潮湿箱中)、湿热处理恢复后、在高温下处理。JISC标准规定的试样处理条件有四种:常态、湿热处理(在潮湿箱中)、湿热处理恢复后、在高温处理。但是,各标准、各种基材的恒温恒湿处理条件及高温处理条件不同。国内外标准中各种基材表面电阻率(表面电阻)和体积电阻率试样处理条件见表2-2-10。
 表2-2-10 国内外标准各种基材表面电阻率(表面电阻)和体电阻率试验条件

项 目

标准

恒温恒湿处理条件

高温处理条件

表面
电阻
体积
电阻率

 

 

IEC

C-96/30/90

酚醛纸板 CEM-1 、 CEM-3

E-24/100

FR-4

E-24/125

BT 玻纤布板 氰酸 酯 玻纤布板

E-24/170

GPY

E-24/200

JIS

C-96/40/90

酚醛纸基板 CEM-1

E-24/100

FR-4 、 FR-5 、 CEM-3

E-24/125

GPY

E-24/200

ASTM

C-96/35/90

IPC、GB

C-96/35/90

酚醛纸基板
复合基板
环氧玻纤布基板
芳酰胺布基板
芳酰胺纸基板

E-24/125

聚酰亚胺玻纤布基板
BT 玻纤布基
氰酸 酯 玻纤布基板

E-24/204

  7.介电常数和损耗因数试样处理条件差异
  介电常数和损耗因数在国内外覆铜板标准中都作为主要性能指标。但各标准中规定的试样处理条件不同。见表2-2-11。
     表2-2-11 国内外标准中介电常数和损耗因数试样处理条件

项 目

标 准

试 样 处 理 条 件

介电常数

损耗因数

IEC

C-96/30/90 恢复后

JIS

常态
C-96/20/65+D-24/23

IPC GB

C-24/23/50

ASTM

D-24/23

  (三)试验方法差异
   国内外覆铜板试验方法标准不同,我国国家标准、日本标准、IPC标准、ASTM标准试验方法标准依次为GB/T4722《印制电路用覆铜箔层压板试验方法》、JIS6481《印制线路板用覆铜箔层压板试验方法》、IPC-TM-650《试验方法手册》、ASTM D5109《印制线路板用覆铜箔热固性层压板试验方法》。不同的试验方法标准,试样的预处理条件、测试条件、试样尺寸、测试图形、计算方法和结果评定不尽相同,因此同种基材用不同测试方法所得出的测试结果无可比性。

 
 
 
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