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PCB樹脂化學術語手冊

2017/4/27 14:06:49

1、ABS樹脂

  是由 Acrylonitrile-Butadine-Styrane(丙烯 -丁二烯-苯乙烯)所組成的三元混合樹脂,其中丁二烯之橡皮部份能被鉻酸所腐蝕而出現疏孔,可做為化學銅或化學鎳的著落點,因而得以繼續進行電鍍。電路板上許多裝配的零件,即采用 ABS 鍍件。


  2、A-Stage A階段

  指膠片(Prepreg)製造過程中,其補強材料的玻纖布或棉紙,在通過膠水槽進行含浸工程時,該樹脂之膠水(Varnish,也譯為清漆水),尚處於單體且被溶劑稀釋的狀態,稱為A-Stage。相對的當玻纖布或棉紙吸入膠水,又經熱風及紅外線幹燥後,將使樹指分子量增大為複體或寡聚物(Oligomer),再集附於補強材上形成膠片。此時的樹脂狀態稱為B-Stage。當再繼續加熱軟化,並進一步聚合成為最後高分子樹脂時,則稱為C-Stage。


  3、Bonding Sheet(layer) 接合片,接著層

  指硬質多層板用以層壓結合的“膠片”,或軟板“表護層”與其板麵間的接著層


  4、B-Stage,B 階段

  指熱固型樹脂的半聚合半硬化狀態,如經 A-Stage 的環氧樹脂含浸工程後,在膠片玻纖布上所附著的樹脂,尚可再加溫而軟化者即屬此類。


  5、Copolymer 共聚物

  是 CCL 銅箔基板外表所壓覆的金屬銅層。 PCB 工業所需的銅箔可由電鍍方式(Electrodeposited),或以輾壓方式(Rolled)所取得,前者可用在一般硬質電路板,後者則可用於軟板上。


  6、Coupling Agent 偶合劑

  電路板工業中是指玻纖布表麵所塗布的一層“矽烷化合物”類,使在環氧樹脂與玻纖結合之間,多了一層“搭橋鉤連”的化學鍵,令二者間具有更強力的伸縮彈性及結合牢固性,一旦板材受到強熱而產生差異甚大的膨脹時,偶合劑將可避免二者之分離。


  7、Crosslinking,Crosslinkage 交聯,架橋

  由眾多單體經其分子鍵的接合,而形成熱固型 (Thermosetting)高分子聚合物(Polymer),其連接的過程稱為“交聯”。


  8、C-Stage,C階段

  一般基材板中,其等樹脂均可分為A,B,C等三種硬化(亦稱聚合或固化)階段。以用量最多的環氧樹脂為例,其供做含浸用的生膠水(Varnish)稱為 A-Stage:含浸與半硬化而成之膠片 (Prepreq) 即為B-Stage;以多張半固化膠片與銅皮疊合成冊,並於高溫中再行壓合成為基板。此種無法回頭的全硬化樹脂狀態則稱為 C-Stage。


  9、D-glass D 玻璃

  是指用硼含量甚高的玻璃纖維,所製造出來的基板,使其介質常數可控製的更低。


  10、Dicyandiamide(Dicy) 雙氰胺

  是一種環氧樹脂聚合硬化所需的架橋劑,因其分子式中具有一級胺(-NH2)、二級胺(=NH),及三級胺(≡NH)等三個強力的活性反應基,是一種不可多得的優秀硬化劑,又名 Cyano-Guanidine 氰基胍。但因此物之吸水性很強,在板材中又有重新聚集“再結晶”的麻煩,故須研磨極細後才能摻在含浸的樹脂中使用。


  11、Differential Scanning Calorimetry(DSC)微差掃瞄熱卡分析法

  簡單的說當物質受熱時,在不同溫度下其“熱量”流入物質的速率(mcal/sec)將會有所差異。DSC 即為測量這種“熱流速率”(或熱量變化率)在不同溫度下的微小變化。例如當一種商用環氧樹脂被加熱時,在不同溫度下其“熱流率”也不同,但快要到達“玻璃態轉換溫度”時,其每 ℃ 間的熱流率會出現很大的變化,其曲線轉折處斜率交點所對應橫軸的溫度,即為該樹脂的 Tg,故可用 DSC 去測定 Tg。DSC 的做法是將試樣(S)與參考物(R)同時加熱,因二者的“熱容量”不同,故上升的溫度也不同,但其間之差距 △T 卻可維持不變。 不過將要到達 Tg 附近時,兩者間的 △T 就會出現很大的變化, DSC 即可測出這種溫差的變化。是一種改良式的“熱差分析法”(DTA)。 DSC 除可測定聚合物的 Tg 外,尚可用以測出塑膠類之比熱、結晶度、硬化交聯度,及純度等,是一種重要的“熱分析”儀器。


  12、Dip Coating 浸塗法

  是一種簡單便宜的表麵塗裝法,其皮膜的厚度,與塗液的粘度及塗布的速度有關,電路板基材所用的膠片 (Prepreg)就一直采用此法處理,除可在外表進行塗裝外,亦能滲入玻纖布的空隙中,故又稱為含浸 Impregnation。


  13、E-glass電子級玻璃

  E-glass原為美商Owens-Corning Fiberglass Co.的商標,由於在電路板工業中使用已久,故已成為學術上的名詞。其組成中除了基本的矽與鈣外,含鉀鈉之量極低,但卻含有較多的硼及鋁。其抗電王之絕緣性及加工性都不錯,已大量使用於電路板的基材補強用途。其組成如下:氧 化 硼  B2O3 5~10%氧化鈉/鉀 Na2O/K2O 0~2%氧 化 鈣 CaO 16~25% 二氧化鈦 TiO2 0~0.8%氧 化 鋁 A12O3 12~16% 氧 化 鐵  Fe2O3 0.05~0.4%二氧化矽 SiO2 52~56% 氟 素 F2 0~1.0%


  14、Entry Resin 環氧樹脂

  是一種用途極廣的熱固型(Thermosetting)高分子聚合物,一般可做為成型、封裝、塗裝、粘著等用途。在電路板業中,更是耗量最大的絕緣及粘結用途的樹脂,可與玻纖布、玻纖席,及白牛皮紙等複合成為板材,且可容納各種添加助劑,以達到難燃及高功能的目的,做為各級電路板材的基料。


  15、Exotherm放熱 (曲線)

  各種樹脂在聚合硬化過程中,此詞是隨時間進行而出現熱量散放的曲線而言。所放出熱量最多的時機即該溫度曲線之最高處。又 Exothermic Reaction-詞是指放熱式的化學反應。


  16、Filament 纖絲

  是指各種織物最基本的單元,通常是由單絲經過旋扭集合成一束單股的絞(Strand ),或多股所撚成的紗(Yarn),再由“經紗”及“緯紗”織成所需要的布。通常Filament是指連續不斷的長纖而言,定長短纖則多用Staple表達。


  17、Fill 緯向

  指玻纖布或印刷用網布,其經緯交織中的緯紗方向,通常單位長度中緯紗的數目比經紗要少,故強度也較不足。此詞另有同義字Weft。


  18、Flame Resistant 耐燃性

  指電路板在其絕緣性板材的樹脂中,為了要達到某種耐燃性等級(在UL94中共分HB、VO、V1及V2等四級),必須在樹脂配方中刻意加入某些化學品,如溴、矽、氧化鋁等(如FR-4中即加入20%以上的溴),使板材之性能可達到一定的耐燃性。通常耐燃性的FR-4在其基材(雙麵板)表麵之經向(Warp)方麵,會加印製造者的UL“紅色標記”水印,以表示是耐燃的板材。而未加耐燃劑的G-10,則在經向隻能加印“綠色”的水印標記。此術語尚有另一同義詞“Flame Retardent難燃性”,但電路板正確的術語中,從來沒有防火材料(Fire resist)這種說法,那是外行者道聽塗說不負責任的言詞,不宜以訛傳訛造成難辨真偽的說法。


  19、Gel Time 膠化時間

  是指 B-stage中的樹指,受到外來的熱量後,由固體轉變為流體,然後又慢慢聚合作用而再變為固體,其間軟化“出現膠性”所總共經曆的“秒數”,稱為“膠化時間”。也就是在多層板壓合過程中,可讓流膠趕走空氣,及填充補平內層線路的高低起伏,其所能利用的秒數,即為膠化時間在實用上的意義。這是半固化膠片Prepreg的一項重要特性。


  20、Gelation Particle 膠凝點

  指 B-stage 膠片的樹指中,出現透明狀已先行聚合的樹臘微粒而言。


  21、Glass Fiber 玻纖

  是將高溫的熔融玻璃漿從白金小口擠出而得到極細的長絲(Filament),稱為玻纖絲。此玻絲可集合 200~400 支而撚成玻紗(Yarn),再由玻紗織成玻纖布,可用來當成膠片的補強材料。若將連續的長纖切斷而成定長的短纖(Staple),以沉積處理而成厚度一定的板材稱為玻纖席(Glass Mats)。


  22、Glass Transition Temperature,Tg 玻璃態轉化溫度

  聚合物會因溫度的升降而造成其物性的變化。當其在常溫時是一種結晶無定形態(Amorphous)脆硬的玻璃狀物質,到達高溫時將轉變成為一種如同橡皮狀的彈性體(Elastomer),這種由“玻璃態”明顯轉變成“橡皮態”的狹窄溫度區域稱為“玻璃態轉化溫度”,簡寫成 Tg但應讀成“Ts of G”,以示其轉變的溫度並非隻在某一溫度點上。


  23、Heat Cleaning 燒潔

  指已完成織布作業的玻璃布,需將其減少摩擦用途階段性任務的漿料(Sizing)去掉,以便對玻璃布能做進一步“矽烷式”的“偶合處理”(Coupling Treatment 可增強玻纖布與樹脂間的結合力),其除去漿料的方法,便是置於高溫的焚爐內進行“燒潔”。


  24、Impregnate含浸

  指基材板之補強材料(如玻纖布或絕緣紙),將其浸漬於 A-Stage之液態樹脂,並強令樹脂進入玻纖布的紗束中,且迫使空氣被逐出,隨後熱硬化成為膠片之浸著處理,或稱“含浸”。


  25、Novolac 酯醛樹脂

  單麵板最常見的是酚醛樹脂(Phenolic Resin),這是采用酚類(Phenol,C6H 5OH)與醛類(Formaldehyde)二者,經脫水縮合反應,而逐漸立體架橋而成的樹脂。若其成品產物中酚多醛少,且係經酸性環境中催化反應者,則該樹脂稱Novolac(早期是一種商名,現已通用為學名了) 。反之,若在堿性環境中反應,其生成物中呈現酚少醛多者,則稱為Resole 。後者多用於單麵基材中。Novolac 可用以與環氧樹脂(Epoxy)進一步反應而成為共聚物,可增加 Epoxy 機械強度及尺寸安定性,令 FR-4 的性能可獲某種程度的改善,稱之為高功能樹脂,通常其在環氧樹脂中的添加量約占重量比的5 ~ 9% 之間。此環氧樹脂結構的Bisphenol-A在加入Novolac後,會形成較多的交聯(Crosslinking) ,而令Tg 得以提高,使在耐溶劑性、耐水性上也都較好。但卻也是造成鑽頭的損傷及除膠渣(Smear Removal)的困難。以下四式為一般在強堿催化下的 Resole 反應過程,其產品中醛的部份遠多於酚,是目前單麵紙基板的樹脂主要成份:酚醛樹脂早在 1910 年即由一家叫 Bakelite 公司,加入帆布纖維而做成一種堅硬強固絕緣性又好的材料,稱為 Bakelite ,中文譯為“電木”,在工業界已用了很久,連字典都已收錄為正式的單字。


  26、Opaquer 不透明劑,遮光劑

  是指在板材樹脂中加入的特殊化學品,令玻纖布與半透明樹脂所組成的底材,具有一種不透光的效果。因當電路板在采用感光成像的綠漆時,其曝光製程將由於板材中遮光劑的作用,而阻止紫外光透過板材到達另一麵去造成意外的曝光。這種 Opaquer 對於日漸增多的薄板尤其重要。Opacity 是指板材的“遮光度”係為“透光度”(Transmittance)的倒數。


  27、Plasticizers可塑劑、增塑劑

  是一係列的化學品,可添加在各式塑膠中,以提供產品之良好施工性、耐燃性、絕緣性。此等增塑劑分為原級和次級兩類,原級者可與原樹脂互溶而當成助劑,以改善其性質而達到某種標準;次級增塑劑的用途,則主要在協助原級並能達到降低成本的目的。


  28、Ply層,股

  指板材中玻纖布或牛皮紙的“層數”,有指也時繩索、導線、纖維等,係由兩股或數股之“絲”(Filament)所並撚而成,其每“支”絲亦稱為一股。


  29、Polymerization聚合

  指可進行聚合之較小分子之單體或團體等,在可控製的條件下,以線性方式首尾相連構成長煉狀巨分子,謂之聚合。


  30、Prepreg膠片,樹脂片

  是將玻纖布或白牛皮紙等絕緣性載體材料,含浸在液態的樹脂中,使其吸飽後再緩緩拖出及刮走多餘含量,並經過熱風與紅外線的加熱,揮發掉多餘的溶劑且促使進行部份之聚合反應,而成為B-stage的半固化樹脂片,方便各式基板及多層板的疊置與壓製。此Pregreg是由Pre與Pregnancy兩字首所湊合(Coin)而成的新字。大陸業界對此譯為“半固化片”。


  31、Resin Content膠含量,樹脂含量

  指板子的絕緣基材中,除了補強用的玻纖布或白牛皮紙外,其餘樹脂所占的重量百分比,謂之 Resin content 。例如美軍規範 MIL-P-13949H 即規定7628膠片之“樹脂含量”須在35~50%之間。


  32、Resin Flow膠流量,樹脂流量

  廣義上是指膠片(Prepreg)在高溫壓合時,其樹脂流動的情形。狹義上則指樹脂被擠出至“板外”的重量,是以百分比表示。此法原被 MIL-P-13949 F所采用故亦稱為 MIL Llow。自 1984年起美國業界出現一種新式的比例流量(Scaled Flow)試驗法,理論上看來確比原來的“流量”更為合理。其詳情可見 IPC-TM-650中的 2.3.17及 2.4.38兩節。


  33、Reversion反轉、還原

  指高分子聚合物在某種情況下發生退化性的化學反應,出現分子量較低的小型聚合物,甚至更分解成為單體(Monomer)之謂也。


  34、Self-Extinguishing自熄性

  在 PCB工業中是指基板材料所具有的耐燃性。從另一個角度去看,也就是當板材進入高溫的火焰中引發火苗後,故意將火源撤走的情形下,板材會慢慢自動熄滅,此種現象可稱已具有“自熄性”。由於商用板材樹脂中多已加入耐燃的物質,如 FR-4 的環氧樹脂中,即已加入 22% 的溴化物以達成其耐燃性。通常耐燃性的檢驗法則可按 UL-94 或NEMA LI 1-1989 兩規範去進行。


  35、Silane矽烷

  是將有機烷類中的碳原子,換成矽原子而成的“擬烷類”。電路板材工業中,常在玻纖布經過燒潔後,為使其與環氧樹脂有更好的結合力起見,在玻纖布外表進行一種矽烷化的表麵處理,可使其介麵間多一層能加強結合力的表層。這是一種化學結構力,可在兩種性質迥異的物質之間,據以獲致更強的親合力。


  36、Sizing上漿處理

  從高溫紡位 (Bushing)中所擠出的玻璃絲(Filament),須先做“上漿處理”才能紡製成紗束 (Yarn)。而經紗與緯紗在織成玻璃布(Cloth or Fabric) 之前,還要再做一次“漿經”才能織布。其原理與一般衣著紡織品並無二致,目的在減少絲與紗彼此之間的磨擦損壞。完成織布後則還需在高溫執行兩次“燒漿”以除去漿料,然後於清潔的玻璃布上另做“矽烷”偶合處理層,才能含浸樹脂,玻纖布與樹脂間的接著力也才得以強化。sizing


  37、Slashing漿經

  指玻璃布在經緯交織以前,其經紗(Warp)部份需在連續牽引平麵並攏後,以其全幅的寬度浸漬通過於特殊配方的漿料 (Size) 槽液中,希望各支紗束的外表都能沾附上一薄層漿料,以減少後來緯紗穿梭織過時的摩擦損傷。對玻璃紗而言,此詞比Sizing更專業,且此種表麵處理層是臨時性的,隻是為了織造時的方便而已。待玻纖布織成後,還要在高溫中把漿料燒掉,稱為 Fire Cleaning“燒潔”,以便使玻纖布能接受另一次的“矽烷”處理 Silane Treatment,令玻纖布與樹脂之間有更好的結合力。


  38、Strand絞

  是指由許多股單絲 (Filament)所集束並旋扭而成的絲束,稱為“絞Strand”,一般與“紗Yarn”可通用,不過有時紗是再由絞所“並撚”(Ply)而成的。在電路板工業中多指玻纖布中的紗束,也用於一般電子業之金屬導線上。


  39、Synthetic Resin合成樹脂

  指由聚合方式所合成的樹脂,或將天然樹脂再予以化學處理而具有水溶性,進而可改質或改型成為所需性能的各種有機材料,皆稱為合成樹脂。


  40、Tetrafunctioal Resin四功能樹脂

  廣義是指每個聚合物的小“分子”單元中具有四個反應官能基者,由其所形成的環氧樹脂則稱之“四功能樹脂”。電路板業狹義是指具有四個反應基的環氧樹脂,這是一種刻意染成黃色的基材,其 Tg 可高達 180℃,尺度安定性也較 FR-4 好。目前業界所使用者係由10%四功能,另配合90%的雙功環氧樹脂組成淡黃色品。此種板材不但成本增加不多售價不變外,且原來FR-4板材所慣用的生產設備也仍然用無須換機。此種“四功能”板材的Tg比原來的FR-4高約10℃,尺寸也較穩定,對薄板甚為有利。


  41、Thermoplastic熱塑性

  指高分子塑膠類,受到高溫的影響會軟化而具有可塑性,冷卻後又會變硬。這種可隨溫度做反複軟硬之變化,而本質卻甚少改變之特性,謂之“熱塑性”。常見者如PVC或PE等皆屬之。


  42、Thermosetting熱固性

  指某些高分子聚合物,一旦在高溫中吸收能量而架橋硬化後,即固定成型不再隨溫度升高而軟化可塑,謂之“熱固性”。此類聚合物以環氧樹脂最為常見,電路板材皆屬此類。


  43、Treament,Treating含浸處理

  在電路板工業中專指在膠片(Prepreg)生產時,其玻纖布或牛皮紙等主材之樹脂含浸工程。即先將卷狀主材連續慢速拖過樹脂的溶液槽,再通過紅外線及熱風的長途連續烤箱,迫使其中溶劑揮發掉並同時供給熱能,使樹脂產生一部份的架橋聚合反應。此種整體連貫製程之正式名稱為“Impregation Treatment”,而其大型生產設備則稱為“處理機”(Treator)。FR-4環氧樹脂之膠片是采用直立式 Treator (高達13米左右),而CEM-1、 CEM-3及酚醛紙板等,則多采平臥式 Treator(長達100米)。


  44、Varnish清漆、凡力水

  樹脂之液態(如環氧樹脂) 單體,經特殊調配混合妥當後,可做為牛皮紙或玻纖布等補強材料之“含浸”材料,再經熱風吹幹與初步聚合後,即成為半硬化之膠片。這種液態之樹脂單體,術語稱為 A-stage之Varnish。


  45、Volatile Content揮發份含量

  在電路板工業中是指膠片 (Prepreg) 所含的揮發份而言。一般板材最權威的規範 MIL-S-13949H 在其 4.8.2.4 節中指定,須按 IPC-TM-650 的 2.3.19 檢驗法對揮發份進行測試,其做法為:* 在室溫環境中,將4吋見方的膠片試樣,進行 4小時以上的穩定處理。* 在天平上精稱試樣到0.001 g的精度。* 將試樣以鉤孔方式懸空掛在 163±2.8℃的烤箱中,烘烤15±1分鍾。* 取下試樣在幹燥器中冷卻到室溫後再精稱之,其計算如下:揮發物含量%=(前重-後重)/前重×100再按13949H之 3.1節所指定“規格詳單”(Specification Sheet)編號MIL-S-13949/12B(1993.8.16發布)中的規定:各種膠片“揮發份”之上限值為 0.75%。通常由於膠片中揮發物之沸點甚高,故一旦當揮發份太高時,即表示其中之水份含量也可能很高,如此一來也可能導致壓合中的“流膠”量(Flow)太大,故良好膠片的揮發份應維持在 0.5%左右。


  46、Warp Size漿經處理

  Warp原本意思是指布材中的經紗(Warp Yarn),通常在緯紗(Fill Yarn)穿梭交織之前,經紗應完成整理而成為平行的紗束。且尚須進行“上漿”處理(Sizing Treatment),使在交織過程中減少各紗束之間的摩擦損壞。又,所購入的原紗(如玻纖紗),需先加以整理成為間距相等,且相互平行可用的“經紗”,這種整理經紗的機器稱為Warper。


  47、Waviness波紋,波度

  指玻纖布表麵高低起伏不平之情形。


  48、Weft Yarn緯紗

  與 fill 及 Woof 同義,是指玻纖布或印刷用網等織物中,其長度較短且紗數較少之橫向織紗,稱為“緯紗”。以 7628 為例,其每吋中的經紗是 44 支,而緯紗隻有32支。


  49、Working Time (Life)堪用時間

  指各種接著用途的膠類,當原裝容器開封後,或兩液型環氧樹脂類經調和後,在其變質失效前,可用以施工的壽命長短,稱為“Working Time”。


  50、Yarn紗,線

  指由多支的單絲(Filament)或單纖絲(Fiber),所集合組成的細長線體而言,有時可與Strand(絲束;股)通用。 BDMA Benzyldimethylamine ; 苯二甲基胺是用於FR-4板材之環氧樹脂,為其生膠水配方中所加入的“加速劑”。BT Resin Bismaleimide Triazine Resin ; “又順丁烯二酸醯亞胺/三氮 ”之複合樹脂為一種暗棕色的高功能樹脂,係日本“三菱瓦斯”公司在1980年所研發成功的,可與玻纖布組成優良的板材。其Tg在180~ 190℃之間,尺度安定性很好,不過價格也比FR-4貴的很多。TGA Thermalgravimetric Analysis; 熱重分析法 (是對板材樹脂的分析法) TMA Themal Mechanical Analysis; 熱機分析法(是對板材樹脂的分析法) Tg Glass Transition Temperature ; 玻璃態轉換溫度是板材樹脂中的重要性質,指由樹脂常溫堅硬的玻璃態,在升溫中轉換成柔軟橡皮態的關鍵溫度。 Tg愈高表示板材愈耐溫而不易變形,其尺度安定性 (Dem- ension Stability )也將愈好。


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