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壓合材料、結(jié)構(gòu)、圖形對板件變形的響分析

發(fā)布時(shí)間：

2022-11-03 11:28

PCB板由芯板和半固化片以及外層銅箔壓合而成，其中芯板與銅箔在壓合時(shí)受熱變形，變形量取決于兩種材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）；
　　
銅箔的熱膨脹系數(shù)（CTE）為17X10-6左右；
　　
而普通FR-4基材在Tg點(diǎn)下Z向CTE為（50~70）X10-6；
　　
TG點(diǎn)以上為（250~350）X10-6，X向CTE由于玻璃布存在，一般與銅箔類似。
　　
關(guān)于TG點(diǎn)的注釋：
　　
高Tg印制板當(dāng)溫度升高到某一區(qū)域時(shí)，基板將由"玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;橡膠態(tài)”，此時(shí)的溫度 稱為該板的玻璃化溫度(Tg)。也就是說，Tg是基材保持剛性的最高溫度(℃)。也就是說普通PCB基板材料在高溫下，不但產(chǎn)生軟化、變形、熔融等現(xiàn)象，同時(shí)還表現(xiàn)在機(jī)械、電氣特性的急劇下降。
　　
一般Tg的板材為130度以上，高Tg一般大于170度，中等Tg約大于150度。
　　
通常Tg≥170℃的PCB印制板，稱作高Tg印制板。
　　
基板的Tg提高了，印制板的耐熱性、耐潮濕性、耐化學(xué)性、耐穩(wěn)定性等特征都會(huì)提高和改善。TG值越高，板材的耐溫度性能越好 ，尤其在無鉛制程中，高Tg應(yīng)用比較多。
　　
高Tg指的是高耐熱性。隨著電子工業(yè)的飛躍發(fā)展，特別是以計(jì)算機(jī)為代表的電子產(chǎn)品，向著高功能化、高多層化發(fā)展，需要PCB基板材料的更高的耐熱性作為重要的保證。以SMT、CMT為代表的高密度安裝技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使PCB在小孔徑、精細(xì)線路化、薄型化方面，越來越離不開基板高耐熱性的支持。
　　
所以一般的FR-4與高Tg的FR-4的區(qū)別：是在熱態(tài)下，特別是在吸濕后受熱下，其材料的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、粘接性、吸水性、熱分解性、熱膨脹性等各種情況存在差異，高Tg產(chǎn)品明顯要好于普通的PCB基板材料。
　　
其中做好內(nèi)層圖形的芯板的膨脹由于圖形分布與芯板厚度或者材料特性不同而不同，當(dāng)圖形分布與芯板厚度或者材料特性不同而不同，當(dāng)圖形分布比較均勻，材料類型一致，不會(huì)產(chǎn)生變形。當(dāng)PCB板層壓結(jié)構(gòu)存在不對稱或者圖形分布不均勻時(shí)會(huì)導(dǎo)致不同芯板的CTE差異較大，從而在壓合過程中產(chǎn)生變形。其變形機(jī)理可通過以下原理解釋。
　　
假設(shè)有兩種CTE相差較大的芯板通過半固化片壓合在一起，其中A芯板CTE為1.5x10-5/℃，芯板長度均為1000mm。在壓合過程作為粘結(jié)片的半固化片，則經(jīng)過軟化、流動(dòng)并填充圖形、固化三個(gè)階段將兩張芯板粘合在一起。
　　
一般情況下，材料從90℃左右開始流動(dòng)，并在達(dá)到TG點(diǎn)以上開始交聯(lián)固化，在固化之前半固化片為自由狀態(tài)，此時(shí)芯板和銅箔處在受熱后自由膨脹狀態(tài),其變形量可以通過各自的CTE和溫度變化值得到。
　　模擬壓合條件,溫度從30℃升至180℃,
　　此時(shí)兩種芯板變形量分別為
　　△LA=(180℃~30℃)x1.5x10-5m/℃X1000mm=2.25mm
　　△LB=(180℃~30℃)X2.5X10-5M/℃X1000mm=3.75mm
　　此時(shí)由于半固化尚在自由狀態(tài),兩種芯板一長一短,互不干涉,尚未發(fā)生變形。
　　
壓合時(shí)會(huì)在高溫下保持一段時(shí)間,直到半固化完全固化,此時(shí)樹脂變成固化狀態(tài),不能隨意流動(dòng),兩種芯板結(jié)合在一起.當(dāng)溫度下降時(shí),如無層間樹脂束縛,芯板會(huì)回復(fù)至初始長度,并不會(huì)產(chǎn)生變形,但實(shí)際上兩張芯板在高溫時(shí)已經(jīng)被固化的樹脂粘合,在降溫過程中不能隨意收縮,其中A芯板應(yīng)該收縮3.75mm,實(shí)際上當(dāng)收縮大于2.25mm時(shí)會(huì)受到A芯板的阻礙,為達(dá)成兩芯板間的受力平衡,B芯板不能收縮到3.75mm,而A芯板收縮會(huì)大于2.25mm,從而使整板向B芯板方向變曲。
 
　　
根據(jù)上述分析可知,PCB板的層壓結(jié)構(gòu)、材料類型已經(jīng)圖形分布是否均勻，直接影響了不同芯板以及銅箔之間的CTE差異，在壓合過程中的漲縮差異會(huì)通過半固化片的固片過程而被保留并最終形成PCB板的變形。

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