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第四节无卤型和适应无铅焊接覆铜板标准

一、概述
　　尽管业界对“无卤化”是否环保还在争论中，但无卤型产品标准制定一直进行中。早在2000年，日本的企业为了推动无卤产品的市场化，日本JPCA（日本印制电路行业协会）正式发布了一套无卤型覆铜板标准。虽然，多年来，美国IPC在各种公开场合，都明确表达对“无卤化”的立场，认为没有数据表明现在用于印制板的含卤阻燃剂对环境或健康造成任何重大的危害，也没有数据表明现在替代这些卤化阻燃剂的任何材料对环境会更好或更坏。但在2001年12月发布的IPC-4101A中，就新增了5个无卤型产品详细规范。国际电工委员会IEC也于2003年发布了首个无卤型覆铜板IEC标准。IPC和IEC也加入到无卤产品标准制定中，这样做不是表明IPC和IEC对这些材料的认可，其目的只是为了在供应链中无卤产品标准化和保证产品的一致性。
　　由于欧盟ROHS指令于2006年7月正式实施，全球电子行业将进入无铅时代。IPC于2004年10月率先提出适应无铅焊接的FR-4覆铜板标准，并在全球范围内征求意见。经过近两年的讨论和征求意见，在2006年6月发布的IPC-4101B中新增了6个适应无铅焊接的FR-4详细规范。随后，在美国的推动下，IEC也着手制定适用于无铅的覆铜板标准，并于2008年发布了4个适应无铅焊接的环氧玻纤布覆铜板标准。2010年4月，由中国主导制定的适用无铅的CEM-1/CEM-3复合基覆铜板标准正式发布。
　　本文将对无卤型和适应无铅焊接的覆铜板标准进行简单的介绍。
二、无卤型覆铜板标准
　　（一）JPCA无卤型覆铜板系列标准
　　JPCA无卤型覆铜板和粘结片系列标准于2000年第一次发布，2007年进行了修订，共有6个标准，分别为：
　　JPCA-ES-01 无卤型覆铜板试验方法
　　JPCA-ES-02 印制线路板用无卤型覆铜板----纸?酚醛树脂
　　JPCA-ES-03 印制线路板用无卤型覆铜板----玻纤布面?玻纤纸芯?环氧树脂
　　JPCA-ES-04 印制线路板用无卤型覆铜板----玻纤布?环氧树脂
　　JPCA-ES-05 多层印制线路板用无卤型覆铜板----玻纤布?环氧树脂
　　JPCA-ES-06 多层印制线路板用无卤型粘结片----玻纤布?环氧树脂
1. JPCA-ES-01
　　JPCA-ES-01 《无卤型覆铜板试验方法》规定了有机覆铜箔层压板中卤素含量的测定方法。该方法采用的主要仪器和试验程序简介如下：
　　（1）主要仪器/设备
　　a. 充氧燃烧瓶；
　　b. 离子色谱仪(Ion chromatography-IC)。
　　(2) 试验程序
　　a. 去除铜箔后的试样前处理--氧瓶燃烧法
　　氧瓶燃烧法是将包在滤纸中的试样放入充满氧气的燃烧瓶（简称氧瓶）中，充分燃烧分解，分解产物被已在氧瓶中一定量的吸收液吸收，吸收液备用。
　　b. 卤素（氯、溴）含量的测试
　　用离子色谱仪测定吸收液中卤素离子的含量。
2. JPCA-ES-02～JPCA-ES-06中无卤覆铜板的定义
　　在JPCA-ES-02～JPCA-ES-06标准中，2000年版本中，无卤型覆铜板的定义是：按照JPCA-ES-01测定时，氯（Cl）、溴（Br）含量分别小于0.09wt%的覆铜板。2007年版本中，无卤型覆铜板的定义是：按照JPCA-ES-01测定时，包括在树脂体系和增强材料中的最大总卤素含量为0.15wt%(1500 ppm)，最大氯含量为0.09wt%(900 ppm)，最大溴含量为0.09wt%(900 ppm)。
　　（二）IPC无卤型覆铜板标准
　　IPC-4101C包含了15个无卤型覆铜板详细规范，包括无卤型FR-2（IPC-4101/05）、无卤型CEM-3（IPC-4101/14）、无卤型CEM-1（IPC-4101/15）、无卤型多官能环氧聚芳酰胺纤维纸层压板（IPC-4101/58）、四种无卤型FR-4（IPC-4101/92～95）、无卤阻燃聚苯醚（PPE）玻纤布层压板（IPC-4101/96）以及六种无卤型适用无铅焊接的FR-4（IPC-4101/122，125，127，128，130，131），它们具体的性能要求见本章第二节的表2-2-4d。这些无卤型覆铜板卤素含量的试验方法是采用IPC-TM-650方法2.3.41，其方法与JPCA-ES-01基本一致。按此方法测量的卤素含量的要求也与JPCA-ES-02～JPCA-ES-06标准中规定的一致，即氯（Cl）、溴（Br）含量分别不大于900ppm，总卤素含量（溴+氯）不大于1500ppm。
　　(三)IEC无卤型覆铜板标准
　　截至2010年8月，IEC共发布了6个无卤型覆铜板标准，包括无卤环氧玻纤布层压板（No.21）、无卤改性环氧玻纤布层压板（No.22）、无卤酚醛纸基层压板（No.23）、无卤CEM-3（No.26）以及适用于无铅焊接的无卤环氧玻纤布层压板（No.38）和无卤改性环氧玻纤布层压板（No.37）。其卤素含量的试验方法与JPCA、IPC方法基本一致，无卤型覆铜板卤素含量的要求也是一致的。它们的具体性能要求见本章第二节表2-2-2b。
三．适应无铅焊接的覆铜板标准
　　（一）IPC适应无铅焊接的覆铜板标准
　　IPC-4101C包括12个适应无铅焊接的覆铜板详细规范，包括6个适应无铅焊接的FR-4和6个适应无铅焊接的无卤FR-4。
　　为了体现与无铅焊接兼容，详细规范中增加了热分解温度(Td)、Z轴CTE和分层时间（T260/T288/T300）的特性要求。
　　适应无铅焊接的FR-4和适应无铅焊接的无卤FR-4的主要特性以及填料/阻燃剂、UL最大操作温度要求分别见表2-4-1和表2-4-2。
　　　　　　　　表2-4-1 IPC-4101C六个适应无铅焊接的FR-4

性能或特性			详细规范编号（ IPC-4101 ）
性能或特性			#99	#101	#121	#124	#126	#129
玻璃化温度（ Tg ）℃			≥ 150	≥ 110	≥ 110	≥ 150	≥ 170	≥ 170
填料			有	有	无	无	有	无
阻燃剂			符合 RoHS 溴阻燃剂
燃烧性			V-0	V-0	V-0	V-0	V-0	V-0
热分解温度（ Td ）℃			≥ 325	≥ 310	≥ 310	≥ 325	≥ 340	≥ 340
Z 轴 CTE
Z 轴 CTE	α 1,10 -6 / ℃	≤ 60		≤ 60	≤ 60	≤ 60	≤ 60	≤ 60
	α 2,10 -6 / ℃	≤ 300		≤ 300	≤ 300	≤ 300	≤ 300	≤ 300
	%(50 -260 ℃ )	≤ 3.5		≤ 4.0	≤ 4.0	≤ 3.5	≤ 3.0	≤ 3.5
T260,min		≥ 30		≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30
T288,min		≥ 5		≥ 5	≥ 5	≥ 5	≥ 15	≥ 15
T300,min		-		-	-	-	≥ 2	≥ 2
吸水率 ,%		≤ 0.5		≤ 0.5	≤ 0.5	≤ 0.5	≤ 0.5	≤ 0.5
UL 最大操作温度 , ℃		供需双方商定					130	130

　　　　　　　　
　　　　　表2-4-2 IPC-4101C六个适应无铅焊接的无卤FR-4

性能或特性		详细规范编号（ IPC-4101 ）
性能或特性		#122	#125	#127	#128	#130	#131
玻璃化温度（ Tg ）℃		≥ 110	≥ 150	≥ 110	≥ 150	≥ 170	≥ 170
填料		无	无	有	有	有	无
阻燃剂		磷、氮和 / 或无机化合物
燃烧性		V-0	V-0	V-0	V-0	V-0	V-0
热分解温度（ Td ）℃		≥ 310	≥ 325	≥ 310	≥ 325	≥ 340	≥ 340
Z 轴 CTE	α 1,10 -6 / ℃	≤ 60	≤ 60	≤ 60	≤ 60	≤ 60	≤ 60
	α 2,10 -6 / ℃	≤ 300	≤ 300	≤ 300	≤ 300	≤ 300	≤ 300
	%(50 -260 ℃ )	≤ 4.0	≤ 3.5	≤ 4.0	≤ 3.5	≤ 3.0	≤ 3.5
T260,min		≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30
T288,min		≥ 5	≥ 5	≥ 5	≥ 5	≥ 15	≥ 15
T300,min		-	-	-	-	≥ 2	≥ 2
吸水率 ,%		≤ 0.8	≤ 0.8	≤ 0.8	≤ 0.8	≤ 0.8	≤ 0.8
UL 最大操作温度 , ℃		供需双方商定				130	130

　　
　　(二)IEC适应无铅焊接覆铜板标准
　　截至2010年8月，IEC共发布了6个适应无铅焊接的覆铜板标准，包括适应无铅焊接的改性环氧玻纤布层压板（No.35）、适应无铅焊接环氧玻纤布层压板（No.36）、适应无铅焊接的无卤改性环氧玻纤布层压板（No.37）、适应无铅焊接的无卤环氧玻纤布层压板（No.38）、适应无铅焊接CEM-1（No.41）、适应无铅焊接CEM-3（No.42）。另外还有一些适应无铅焊接覆铜板IEC标准正在制定中。IEC适应无铅焊接覆铜板的树脂体系、ANSI型号以及主要特性要求见表2-4-3。
　　　　　　　　　　　表2-4-3 IEC适应无铅焊接的FR-4

性能或特性		分规范编号（ IEC 61249-2 ）
性能或特性		No.35	No.36	No.37	No.38	No.41	No.42
树脂体系		改性环氧	环氧	无卤改性环氧	无卤环氧	环氧	环氧
ANSI 型号		FR-4	FR-4	FR-4	FR-4	CEM-1	CEM-3
玻璃化温度（ Tg ）℃		150～200	≥120	150～200	≥120	≥100	≥105
燃烧性		FV0	FV0	FV0	FV0	FV0	FV0
热分解温度（ Td ）℃		≥ 325	≥ 310	≥ 325	≥ 310	≥ 300	≥ 310
Z 轴 CTE	α 1,10 -6 / ℃	≤ 60	≤ 60	≤ 60	≤ 60	-	-
	α 2,10 -6 / ℃	≤ 300	≤ 300	≤ 300	≤ 300	-	-
	%(50 -260 ℃ )	≤ 3.5	≤ 4.0	≤ 3.5	≤ 4.0	-	-
T260,min		≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 1	≥ 30
T288,min		≥ 5	≥ 5	≥ 5	≥ 5	-	≥ 15
T300,min		-	-	-	-	-	-
吸水率 ,%		≤ 0.4	≤ 0.4	≤ 0.4	≤ 0.4	≤ 0.5	≤ 0.4

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