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銅箔、基材板料及其規範

2017/4/27 14:07:41

1、Aramid Fiber 聚醯胺纖維
此聚醯胺纖維係杜邦公司所開發,商品名稱為 Kevelar。其強度與軔性都非常好,可用做防彈衣、降落傘或魚網之纖維材料,並能代替玻纖而用於電路板之基材。日本業者曾用以製成高功能樹脂之膠片(TA-01)與基板 (TL-01),其等熱脹係數(TCE)僅 6ppm/℃,Tg 194℃,在尺寸安定性上非常良好,有利於密距多腳SMD的焊接可靠度。

2、Base Material 基材
指板材的樹脂及補強材料部份,可當做為銅線路與導體的載體及絕緣材料。

3、Bulge 鼓起,凸出
多指表麵的薄層,受到內在局部性壓力而向外鼓出,一般對銅皮的展性(Ductility)進行試驗時,即使用加色的高壓液體,對其施壓而令銅皮凸起到破裂為止,稱Bulge Test。

4、Butter Coat 外表樹脂層
指基板去掉銅皮之後,玻纖布外表的樹脂層而言。

5、Catalyzed Board,Catalyzed Substrate(or Material) 催化板材
是一種 CC-4(Copper Complexer #4)加成法製程所用的無銅箔板材,係由美國PCK 公司在 1964 年所推出的。其原理是將具有活性的化學品,均勻的混在板材樹脂中,使“化學銅鍍層”能直接在板材上生長。目前這種全加成法的電路板,以日本日立化成的產量最多,國內日立化成公司亦有生產。

6、Clad/Cladding 披覆
是以薄層金屬披覆在其他材料的外表,做為護麵或其他功用,電路板上遊的基板(Laminates)即采用銅箔在基材板上披覆,故正式學名應稱為“銅箔披覆積層板 CCL”(Copper Claded Laminates),而大陸業者即稱其為“覆銅板”。

7、Ceramics 陶瓷
主要是由黏土(Clay)、長石(Feldspar)及砂(Sand)三者混合燒製而成的絕緣材料,其種類及用途都非常廣泛,如插座、高壓絕緣礙子,或新式的電路板材(如日本富士通的62層板)等,其耐熱性良好、膨脹係數低、耐用性也不錯。常用者有Alumina(三氧化二鋁),Beryllia(鈹土、氧化鈹Be0)及氧化鎂等多種單用或混合的材料。

8、Columnar Structure 柱狀組織
指電鍍銅皮(E.D.Foil)在高速鍍銅(1000 ASF以上)中所出現的結晶組織而言,此種銅層組織之物性甚差,各種機械性能也遠不如正常速度鍍銅(25 ASF)之無特定結晶組織的銅層,在熱應力中亦容易發生斷裂。

9、Coefficient of Thermal Expansion 熱膨脹係數
指各種物料在受熱後,其每單位溫度上升之間所發生的尺寸變化,一般縮寫簡稱 CTE ,但也可稱 TCE 。

10、Copper Foil 銅箔,銅皮
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。

11、Composites,(CEM-1,CEM-3) 複合板材
指基板底材是由玻纖布及纖玻席(零散短纖)所共同組成的,所用的樹脂仍為環氧樹脂。此種板材的兩麵外層,仍使用玻纖布所含浸的膠片(Prepreg)與銅箔壓合,內部則用短纖席材含浸樹脂而成Web(網片)。若其“席材”纖維仍為玻纖時,其板材稱 CEM-3 (Composite Epoxy Material);若席材為紙纖時,則稱之為 CEM-1 。此為美國NEMA規範 LI 1-1989中所記載。

12、Copper-Invar-Copper(CIC)綜合夾心板
Invar是一種含鎳40~50%、含鐵50~60% 的合金,其熱脹係數(CTE)很低,又不易生鏽,故常用於卷尺或砝碼等產品,電子工業中常用以製做 IC的腳架(Leed Frame)。與另一種鐵鈷鎳合金Kovar齊名。將 Invar充做中層而於兩表麵再壓貼上銅層,使形成厚度比例為20/60/20之綜合金層板。此板之彈性模數很低,可做為某些高階多層板的金屬夾心 (Metal Core),以減少在 X、Y方向的膨脹,讓各種SMD錫膏焊點更具可靠度。不過這種具有夾心的多層板其重量將很重,在Z方向的膨脹反不易控製,熱脹過度時容易斷孔(見左圖)。此金屬夾心板後來又有一種替代品“ 銅”(MoCu;70/30)板,重量較輕,熱脹性亦低,但價格卻較貴。

13、Core Material內層板材,核材
指多層板之內層薄基板或一般基板,除去外覆銅箔後之樹脂與補強材部份。

14、Dielectric Breakdown Voltage 介質崩潰電壓
由兩導體及其間介質所組成的電場,當其電場強度超過該介質所能忍受的極限時(即兩導體之電位差增大到了介質所能絕緣的極限),則將迫使通過介質中的電流突然增大,此種在高電壓下造成絕緣失效的情形稱為“介質崩潰”。而造成其崩潰的起碼電壓稱為“介質崩潰電壓 Dielectric Breakdown Voltage”,簡稱“潰電壓”。

15、Dielectric Constant,ε,介質常數
是指每“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。此詞尚另有同義字“透電率”(Permittivity日文稱為誘電率),由字麵上較易體會其中含義。當絕緣板材之“透電率”愈大(表示品質愈不好),而兩逼近之導線中有電流工作時,就愈難到達徹底絕緣的效果,換言之就愈容易產生某種程度的漏電。故絕緣材料的“介質常數”(或透電率)要愈小愈好。目前各板材中以鐵氟龍(PTFE),在 1 MHz頻率下所測得介質常數的 2.5 為最好,FR-4 約為 4.7。

16、Dielectric Strength 介質強度
指導體之間的介質,在各種高電壓下仍能夠維持正常絕緣功能,而尚不致出現“崩潰”,其所能維持的“最高電壓”(Dielectric Withstand Voltage)稱為“介質強度”。其實也就是前述“潰電壓”的另一種說法而已。

17、Dielectric 介質
是“介電物質”的簡稱,原指電容器兩極板之間的絕緣物,現已泛指任何兩導體之間的絕緣物質而言,如各種樹脂與配合的棉紙,以及玻纖布等皆屬之。

18、Double Treated Foil 雙麵處理銅箔
指電鍍銅箔除在毛麵(Matte Side)上進行純銅小瘤狀及鋅化處理,以增加附著力外,並於光麵上(Drum Side)也進行此種瘤化處理,如此將可使多層板之內層銅麵不必再做黑化處理,並使尺寸更為安定,附著力也更好。但成本卻比一般單麵處理者貴了很多。

19、Drum Side 銅箔光麵
電鍍銅箔是在硫酸銅液中以高電流密度(約 1000 ASF),於不鏽鋼陰極輪(Drum)光滑的“鈦質胴麵”上鍍出銅箔,經撕下後的銅箔會有麵向鍍液的粗糙毛麵,及緊貼輪體的光滑胴麵,後者即稱為“Drum Side”。

20、Ductility 展性
在電路板工業中是指銅箔或電鍍銅層的一種物理性質,是一種平麵性的擴展能力,與延伸性(Elongation)合稱“延展性”。一般銅層展性的測法,是在特定的設備上以液壓方式由內向外發生推擠力量,令某一圓麵銅箔向上鼓起突出,而測其破裂前的最高高度,即為其展性的數值。此種展性試驗稱為“Hydralic Buldge Test”液壓鼓出試驗。

21、Elongation 延伸性,延伸率
常指金屬在拉張力(Tension)下會變長,直到斷裂發生前其已伸長的部份,所占原始長度之百分比,稱為延伸性。

22、Flame Point自燃點
在無外來之明焰下,指可燃物料在高溫中瞬間引發同時自燃之最低溫度。

23、Flammability Rate 燃性等級
及指電路板板材之耐燃性的難燃性的程度。在按既定的試驗步驟(如UL-94或NEMA的LI1-1988中的7.11所明定者)執行樣板試驗之後,其板材所能達到的何種規定等級而言。實用中此字的含意是指”耐燃性”等級。

24、G-10
這是出自 NEMA (National Electrical Manufacturers Association,為美國業界一民間組織)規範“LI 1-1989”1.7 節中的術語,其最直接的定義是“由連續玻纖所織成的玻纖布,與環氧樹脂粘結劑(Binder)所複合而成的材料”。對於其“板材”品質而言,該規範指出在室溫中需具備良好的機械強度,且不論在幹濕環境中,其電性強度都要很好。G-10 與 FR-4在組成上都幾手完全相同,其最大不同之處就是在環氧樹脂配方中的“耐燃”(Flame Resist or Retardent)劑上。G-10 完全未加耐燃劑,而FR-4 則大約加入 20% 重量比的“溴”做為耐燃劑,以便能通過 LI-1-1989以及 UL-94 在 V-0 或 V-1級的要求。一般說來,所有的電路板客戶幾乎都對耐燃性很重視,故一律要求使用 FR-4板材。其實有得也有失,G-10 在介質常數及銅皮附著力上就比 FR-4 要好。但由於市場的需求關係,目前 G-10 幾乎已經從業界消失了。

25、Flexural Strength 抗撓強度
將電路板基材板,取其寬1吋,長2.5~6吋(按厚度而定)的樣片,在其兩端下方各置一支點,在其中央點連續施加壓力,直到樣片斷裂為止。迫使其斷裂的最低壓力強度稱為抗撓強度。此抗撓性強弱的表達,以板材之單位截麵積中所能承受的力量,做為強度單位居要(Lbin2)。抗撓強度是硬質基板材料之重要機械性質之一。此術語又可稱為Flexural Yield Strength撓屈強度,其試驗條件如下:標示 寬度 長度 支點 施力厚度 (吋) (吋) 跨距 速度(吋) (吋) (吋/分)0.030or 0.031 1 2.5 0.625 0.0250.060or 0.062 1 3 1 0.026 0.090or 0.093 1 3.5 1.5 0.0400.120or 0.125 1 4 2 0.0530.240or 0.250 0.5 6 4 0.106

26、HTE(High Temperature Elongation) 高溫延伸性
在電路板工業中,指電鍍銅皮(ED Foil)在高溫中所展現的延伸性。凡 0.5 oz或 1 oz 銅皮在 180℃中,其延伸性能達到 2.0% 及 3.0% 以上時,則可按IPC-CF-150E 歸類為 HTE-Type E 之類級。

27、Hydraulic Bulge Test 液壓鼓起試驗
是對金屬薄層所具展性(Ductility)的一種試驗法。所謂展性是指在平麵上 X及 Y 方向所同時擴展的性能 (另延伸性或延性 Elongation,則是指線性的延長而已) 。這種“液壓鼓起試驗”的做法是將待試的圓形金屬薄皮,蒙在液體擠出口的試驗頭上,再於金屬箔上另加一金屬固定環,將金屬箔夾牢在試驗頭上。試驗時將液體由小口強力擠出,直接壓迫到金屬箔而迫其鼓起,直到破裂前所呈現的“高度值”,即為展性好壞的數據。

28、Hygroscopic 吸濕性
指物質從空氣中吸收水氣的特性。

29、Invar 殷鋼
是由 63.8% 的鐵,36% 的鎳以及 0.2% 的碳所組成的合金,因其膨脹係數很低故又稱盡“不脹鋼”。在電子工業中可當做“繞線電阻器”中的電阻線。在電路板工業中,則可用於要求散熱及尺寸安定性嚴格的高級板類,如具有“金屬夾心層”( Metal Core ) 之複合板,其中之夾心層即由 Copper-Invar-Copper 等三層薄金屬所粘合所組成的。Laminate Void 板材空洞;

30、Lamination Void 壓合空洞
指完工的基板或多層板中,某些區域在樹脂硬化後,尚殘留有氣泡未及時趕出板外,最後終於形成板材之空洞。此種空洞存在板材中,將會影響其結構強度及絕緣性。若此缺陷不幸恰好出現在鑽孔的孔壁上時,則將形成無法鍍滿的破洞(Plating Void),容易在下遊組裝焊接時形成“吹孔”而影響焊錫性。又 Lamination Void 則常指多層壓合時趕氣不及所產生的 “空洞”。

31、Laminate(s) 基板、積層板
是指用以製造電路板的基材板,簡稱基板。基板的構造是由樹脂、玻纖布、玻纖席,或白牛皮紙所組成的膠片(Prepreg)做為粘合劑層。即將多張膠片與外覆銅箔先經疊合,再於高溫高壓中壓合而成的複合板材。其正式學名稱為銅箔基板CCL(Copper Claded Laminates)。

32、Loss Tangent (TanδDf) 損失正切
本詞之同義字另有:Loss Factor損失因素, Dissipation Factor散失因素或“消耗因素”,與介質損失Dielectric Loss等。傳輸線(由訊號線、介質層及接地層所共組成)中的訊號線,可傳播 (Propagate) 訊號(Signal or Pulse) 的能量(單位為分貝 dB) 。此種傳播會多少透過周圍介質而散失其能量到接地層中去,即所謂的Loss。其散失程度的大小就是該介質的“散失因素”。此詞最簡單的含意可說成介質之“導電度”或“漏電度”,其數值愈低則板材的品質愈好。一般專書與論文中對本術語均含糊帶過鮮有仔細說明,隻有 MIL-STD-429C的 335詞條中才有較深入的探討。即:「所謂損失,是指絕緣板材“介質相角的餘切(The Cotangent of Dielectric Phase Angle)”或“介質損角的正切” (The Power Factor is the Sine Dielectric Loss Angle) 」。在後續解說文字中段又加了一句:「由於功率因素是介質損角的正弦(The Power Factor is the Sine Dielectric Loss Angle),故當介質損角很小時,則散失因素將等於功率因素」,事實上這種解說反而更是丈二金剛摸不著頭腦。以下為電磁學的觀點申述於後:任何導體與絕緣體均不可能絕對完美,因而當其傳導電流或傳播訊號 (是一種電磁波)時,在功率上均會有所損失。“訊號線”在傳播高速訊號時,其鄰近介質板材中的原子也將受到電場的影響而極化,出現電荷的移動 (即電流)而有“導電”(漏電)的跡象。但因其數值很小且又接近導體表麵,於是很快就又回到導體,使得介質的“導電”幾乎衰減為零。但終究會造成少許能量的損失。現另以數學上的“複數”觀念說明如下:圖中就複數觀念,以橫軸代表實部(ε*即表電能失之可回複部分 stored),以縱軸代表虛部 (ε" 即表電能失之不可回複部分 lost), δ角即損角 (Loss Angle),所謂“損失因素”或“消耗因素”,直接了當的說就是“導體中所傳導的電能會向絕緣介質中漏失,其不可回複部分對可回複部份之比值,就是板材的損失因素”。此 ε"/ε* 比值又可改頭換麵如下,亦即:ε"/ε*=Tanδ…… 表示介質的漏電程度 ε"/ε=Sinδ…… 表示導體的功率因素當ε"極小時,則 Tanδ 將等於Sinδ

33、Major Weave Direction主要織向
指紡織布品之經向 (Warp),也就是朝承載軸所卷入或放出的布長方向,亦稱為機械方向。

34、Mat 席
在電路皮工業中曾用於 CEM-3(Composite Epoxy Material)的複合材料,板材中間的 Glass Mat 即為席的一種,是一種玻璃短纖在不規則交叉搭接下而形成的“不織布”,再經環氧樹脂的含浸後,即成為 CEM-3 之板材。

35、Matte Side 毛麵
在電路板工業中係指電鍍銅箔(ED Foil) 之粗糙麵。是在硫酸銅鍍液中以高電流密度(1000 ASF 以上)及陰陽極近距離下(0.125 吋),在其不鏽鋼大轉胴的鈦麵上所鍍出的銅層。其麵對藥水的銅麵,從巨觀下看似為無光澤的粗毛麵,微觀下卻呈現眾多錐狀起伏不平的外表。為了增加銅箔與底材之間的固著力起見,這種粗糙銅麵還需再做更進一步的瘤化後處理,例如鍍鋅(Tw Treatmant,呈灰色)或鍍黃銅(Tc Treatment,呈深黃色),更呈現許多圓瘤疊羅漢狀之外形(如上右圖),統稱為“Matte Side”。而 ED Foil 其密貼在轉胴之另一麵,則稱為Shiny Side 光麵或 Drum Side 胴麵。

36、Minor Weave Direction次要織向
是織布類其緯向(Fill)的另一說法,適常緯向紗數比經向要少。

37、Modulus of Elasticity 彈性係數
在電路板工業中,是指基材板的相對性強韌度而言。當欲施加外力將基板試樣予以壓彎至某一程度時,其所需要的力量謂之“彈性係數”。通常此數值愈大時表示其材質愈脆。

38、Nominal Cured Thickness 標示厚度
是指雙麵銅箔基板或多層板,當采用某種特定樹脂及流量的膠片 (Prepreg),輕壓合硬化後所呈現的平均厚度,用以當成參考者,稱“標示厚度”。

39、Non-flammable 非燃性
是指電路板之耐燃板材當其接近高溫的火花(Spark)或燃著的火焰 (Flame)時,尚不致被點燃引起火苗,但並不表示其不具燃燒性(Combustible)。也就是說板材仍然在高溫中會被緩緩燃燒,但卻不會出現明亮的火苗火舌的情形。

40、Paper Phenolic紙質酚醛樹脂(板材)
是單麵板基材的種主成分。其中的白色牛皮紙稱為Kraft Paper (Kraft在德文中是強固的意思),以此種紙材去吸收酚醛樹脂成為半硬化的膠片,再將多張膠片壓合在一起,便成為單麵板的絕綠基材,通稱為Paper Phenolic。

41、Phenolic酚醛樹脂
是各電路板基材中用量最大的熱固型(Thermosetted)樹脂,除可供單麵板的銅箔基板用途外,也可做為廉價的絕緣清漆。酚醛樹脂是由酚(Phenol)與甲醛(formalin)所縮合而成的。其所交聯硬化而成的樹脂有Resole及Novolac兩種產品,前者多用於單麵板的樹脂基材。

42、Reinforcement補強物
廣義上是指任何對產品在機械力量方麵能夠加強的設施,皆可稱為補強物。在電路板業的狹義上則專指基材板中的玻璃布、不織布,或白牛皮紙等,用以做為各類樹脂的補強物及絕緣物。

43、Resin Coated Copper Foil背膠銅箔
單麵板的孔環焊墊因無孔銅壁做為補強,在波焊中除予應付銅箔與基板間,因膨脹係數不同而出現的分力外,還要支持零件的重量與振動,迫使其附著力必須比正常銅箔毛麵的抓地力還要更強才行。因而還要在粗糙的棱線毛麵上另外加鋪一層強力的背膠,稱為“背膠銅箔”。近年來多層板不但孔小線細層次增加,而且厚度也愈來愈薄,於是乃有新式增層法 (Build Up Process) 的出現。背膠銅箔對此新製程極為方便,這種已有新意義的舊材料特稱之為“RCC”。

44、Resin Rich Area樹脂豐富區,多膠區
為了避免銅箔毛麵上粗糙瘤狀的釘牙,與介質常數較高的玻纖布接觸,而讓密集線路間的漏電 (CAF,Conductive Anodic Filament)得以減少起見,業者刻意在銅箔的毛麵上先行加塗一層背膠,以達上述之目的。這種背膠的成份與基材中的樹脂完全相同,使得銅箔與玻纖布之間的膠層(俗稱Butter Coat),比一般由膠片所提供者更厚,特稱為Resin Rich Area。

45、Resin Starved Area樹脂缺乏區,缺膠區
指板中某些區域,其樹脂含量不足,未能將補強玻纖布或牛皮紙完全含浸,以致出現局部缺乏樹脂或玻纖布曝露的情形。或在壓合作業時,由於膠流量過大,致其局部板內膠量不足,亦稱為缺膠區。

46、Resistivity電阻係數,電阻率
指各種物料在其單位體積內或單位麵積上阻止電流通過的能力。亦即為電導係數或導電度(Conductivity)之倒數。

47、Substrate底材, 底板
是一般通用的說法,在電路板工常中則專指無銅箔的基材板而言。

48、Tape Casting帶狀鑄材
是一種陶瓷混合電路板(Hybrid)其基材板之製造法,又稱為 Slip Casting。係采濕式澆塗而成型的長帶狀薄材,由陶瓷所研細與調製的液態泥膏(Slurry) ,經過一種精密控製的扁平出料口(Doctor Blade) ,擠塗於載體上成為帶狀濕材,經烘幹後即得各種尺寸的原材(厚度5~25mil),經切割、衝孔與金屬化之後即得雙麵板,也可將各薄層瓷板壓合與燒結成為多層板。

49、Teflon鐵氟龍
是杜邦公司一種碳氟樹脂的板材,即聚四氟乙烯(PTFE Poly-Tetra-Fluoro-Ethylene) 類。此種樹脂之介質常數甚低,在 1 MHz下測得僅 2.2 而已,即使再與介質性質不佳的玻纖布去組成板材 (如日本鬆下電工的R4737),尚可維持在2.67,仍遠低於FR-4的4.5。此種介質常數很低的板材,在超高頻率(3GHz~30GHz)衛星微波通信中,其訊號傳送所產生的損失及雜訊等都將大為減少,是目前其他板材所無法取代的特點。不過 Teflon 板材之化性甚為遲鈍,其孔壁極難活化。在進行PTH之前,必須要用到一種含金屬鈉的危險藥品Tetra Etch,才能對Teflon孔壁進行粗化,方使得後來的化學銅層有足夠的附著力,而能繼續進行通孔的流程。鐵氟龍板材尚有其他缺點,如Tg很低 (19℃),膨脹係數太大(20 ppm/℃)等,故無法進行細線路的製作。幸好通信板對布線密度的要求,遠遜於一般個人電腦的水準,故目前尚可使用。

50、Thermal Coefficient of Expansion(TCE) 熱膨脹係數
指各種物質每升高1℃所出現的膨脹情形,但以CTE的簡寫法較為正式。

51、Thermomechanical anyalysis(TMA)熱機分析法
是一種利用溫度上升而體積發生變化時,測量其微小線性膨脹的分析方法。例如取少量的板材樹脂粉末,即可利用TMA法分析其Tg點之所在。

52、Thermount聚醯胺短纖席材
是杜邦所開發一種纖維的商品名稱。該芳香族聚醯胺類(Poly Amide) 組成的有機纖維,通稱為Aramide纖維,現有商品Kevelar、 Nomex及Thermount等三類,均已用於電子工業。Kevelar是由長纖紡紗並織成布材者,可代替玻纖布含浸樹脂做成板材,尺寸安定性極好。另在汽車工業中也可用做輪胎的補強纖維。其二為耐高溫(220℃)質地較密的布材Nomex,可製做空軍飛行衣或電性絕緣材料用途。Thermount則為新開發的“不織紙材” (Nonwoven),重量較 FR-4輕約15%,其尺寸甚為穩定,有希望在微孔式MCM-L小板方麵嶄露頭角。

53、Thin Copper Foil薄銅箔
銅箔基板表麵上所壓附(Clad)的銅皮,凡其厚度低於 0.7 mil [0.002 m/m 或0.5 oz]者即稱為Thin Copper Foil。

54、Thin Core薄基板
多層板的內層板是由“薄基板”所製作,這種如核心般的Thin Lminates,業界習慣稱為 Thin Core,取其能表達多層板之內板結構,且有稱呼簡單之便。


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