基板的測(cè)試及評(píng)估

1 基板測(cè)試
基板的測(cè)試在許多出版物中都有描述。如lEe Publication249、NEMA 和ASTM (美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)MIL-P-13949 、854584 (英國(guó))和OIN40802(德國(guó))等。通常，電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)以及特殊的加工工藝要求最終的材料具有某種性能且可控。一些今天最常用的評(píng)估基板的方法如下面所述。

2 表面和外觀
表面和外觀的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可能是最難充分定義的了。基板通常會(huì)因?yàn)殂~錨表面的凹點(diǎn)和凹痕而報(bào)廢，大多數(shù)的制板商提倡表面和外觀標(biāo)準(zhǔn)只應(yīng)用在已完工的板子上，一些基板的用戶要求的銅箔表面標(biāo)準(zhǔn)只在某些關(guān)鍵區(qū)域，比如插頭插入邊緣接插件的區(qū)域。在那些區(qū)域，用戶通常給出一張關(guān)鍵銅箔區(qū)的覆蓋圖，明確要求制板商對(duì)每張基板的關(guān)鍵銅箔區(qū)域在出廠前都被檢查。這樣，表面標(biāo)準(zhǔn)就只應(yīng)用在那些已完工的板子的有關(guān)區(qū)域了。因?yàn)槌^(guò)90% 的銅最終要被蝕刻掉，所以凹點(diǎn)或凹痕影響某個(gè)關(guān)鍵區(qū)域的機(jī)會(huì)微乎其微。

1.空間穩(wěn)定性
銅箔凹點(diǎn)和凹痕在表面標(biāo)準(zhǔn)中被定義，定義了凹點(diǎn)或凹痕的最大容許尺寸，并且提供了分值(point values) 以便對(duì)所有的凹點(diǎn)和凹痕評(píng)定等級(jí)。根據(jù)MILP-13949 標(biāo)準(zhǔn)可知，缺陷尺寸和分值如下:
缺陷尺寸(mm) 分值
0.?13 - 0.25 1
0.28 -0.51 2
0.53 -0.76 4
0.79 -1. 02 7
> 1. 02 30
在被檢區(qū)域內(nèi)的所有缺陷分值的總和必須少于每645mm 2 30 個(gè)。劃痕允許的深度為小于140μm 或最深不超過(guò)銅箔厚度的20% 。

2. 顏色
由于不同批次的樹脂顏色、所用紙質(zhì)的變化或由于覆蓋在銅筒上的雜質(zhì)不同，一批基板的顏色與另一批基板的顏色可能發(fā)生變化。通常，有一整套樣本來(lái)確定優(yōu)先選用的偏差顏色。

3 吸水率
基板的吸水率必須盡可能地低。如果吸水率過(guò)高，那么當(dāng)環(huán)境潮濕或在印制電路板制造過(guò)程中吸收了液體時(shí)，基板的電氣性能會(huì)發(fā)生很大改變。吸收的水分可能引起焊接過(guò)程中吹氣或使加熱的基板起泡。在指定的溫度下把特定尺寸的樣本浸入到蒸館水中，經(jīng)過(guò)一段規(guī)定的時(shí)間，通過(guò)測(cè)得總的吸水量即可得知吸水率。通常，在20 "C條件下，把3 塊50mm x 50 mm 的樣本浸入到蒸館水中24h。吸水量的平均值即為吸水率，以mg 為單位。

另外，用增加的重量和初始重量相比的百分比也可以表示吸水率。一塊76. 2mm x 25.4 mm 的基板通過(guò)化學(xué)蝕刻除去銅箔，接著通過(guò)在107 "c下加熱
1h干燥，冷卻之后稱重，并在25 "c條件下浸入蒸館水中24h ，接著使表面干燥后再次稱重。增加的重量與初始重量相比的百分比不能超過(guò)表6-6 所示的限度。

4 沖孔性和機(jī)械加工性

沖孔性是覆銅板最需要的力學(xué)性能。簡(jiǎn)單地說(shuō)，良好的沖孔性意味著當(dāng)基板被沖孔時(shí)，板子不會(huì)破裂、沖孔周圍的銅箔不會(huì)翹起、孔的邊緣和內(nèi)部都是光滑的。如果基板具有一定的空間穩(wěn)定性，不發(fā)生板彎和板翹，這些性能是可以實(shí)現(xiàn)的。

制造商應(yīng)該參考有關(guān)推薦的鉆孔速度并在進(jìn)行機(jī)械加工操作之前考慮如何進(jìn)料。板子的剖面圖常有助于評(píng)估所獲得的孔的性能，特別是對(duì)于通孔的電鍍尤其重要。通常，剖切會(huì)顯示出基板材料由于鉆孔而被加熱到這樣一種程度一一或是表面光滑、氣味難聞，或是被樹脂糊住，或是表面很粗糙以至于露出玻璃纖維而限制連續(xù)地鍍通孔。

沖孔性可以通過(guò)模擬加工過(guò)程中的條件在模具中測(cè)量。測(cè)試模具中可以進(jìn)行各種孔徑、間距和結(jié)構(gòu)的鉆孔。仔細(xì)進(jìn)行物理檢查，孔的剖面圖將顯示獲得的沖孔的類型。材料必須被仔細(xì)檢查，以確保沒有裂縫出現(xiàn)且孔周圍的銅犧沒有翹起。許多紙基類的基板在一批與另一批相比時(shí)會(huì)有不同的沖孔性，所以樣品板必須進(jìn)行寬范圍的仔細(xì)測(cè)量。

一種首選的測(cè)量基板沖孔性的測(cè)試方法在DIN53488 中已給出。這種測(cè)試求以精確的間距在一條120mm x 15mm 的基板上沖出多個(gè)方形孔，并目測(cè)測(cè)定相鄰的兩個(gè)未發(fā)生龜裂和破碎的孔的最小間距。樣本的沖孔性以點(diǎn)表示，從1 (沖孔性最佳)~4 (較差的沖孔性) ，作為最小的未破損間距和基板厚度的一個(gè)指標(biāo)。這種測(cè)試對(duì)比較不同的基板特別有用。

5 剝離強(qiáng)度
剝離強(qiáng)度表示了銅箔與基材粘接力的大小。在MIL-P-13949 中說(shuō)明了剝離強(qiáng)度或銅粘接強(qiáng)度的基本測(cè)試樣本，并由NEMA 制定了標(biāo)準(zhǔn)，如圖6-12 所示。這種樣本的制作除了不使用各種電鍍?nèi)芤夯蚝噶现猓褂昧伺c用戶最終產(chǎn)品一樣的加工技術(shù)，電鍍?nèi)芤夯蚝噶系氖褂靡院笠矊⒈粰z測(cè)。當(dāng)測(cè)試剝離強(qiáng)度時(shí)，樣本應(yīng)該放在一個(gè)平坦的水平面上。每條銅箔的寬端被剝離大約25mm ，以便使剝離的銅箔與樣本的邊緣垂直。然后把剝離的犧條的末端用夾具夾緊，夾具上連著測(cè)力計(jì)或拉力試驗(yàn)機(jī)，并且已經(jīng)過(guò)調(diào)整抵消了夾具和連接鏈索的重量。這時(shí)，測(cè)力計(jì)的最小負(fù)荷被記錄下來(lái)，記錄下的力"F" 與銅箔的寬度之比就是剝離強(qiáng)度，通常用1b/in 寬度或g/mm 寬度來(lái)表示。對(duì)大多數(shù)常用的基板來(lái)說(shuō)， 1oz/fe 厚度的銅箔的最小剝離強(qiáng)度是0. 143 kg/mm ，剝離強(qiáng)度值隨銅箔厚度的變化而變化。例如，對(duì)于XXXP 、XXXPC 、FR-3 ，F(xiàn)R -4和FR-5 等基材， 2oz/fe 的銅宿最小需要O. 1756kg/mm 的剝離強(qiáng)度，而對(duì)于G-10 和G-11等基材，則為0.1964kg/mm。

6 粘接強(qiáng)度

粘接強(qiáng)度表示導(dǎo)體焊盤與基材粘接力的大小。由于導(dǎo)線與基板的分離多數(shù)情況下是從焊盤開始的，故粘接強(qiáng)度是一個(gè)重要的參數(shù)。粘接強(qiáng)度可以在成品印制電路板上或在測(cè)試樣本上測(cè)量。根據(jù)建議，在一塊基板的樣本上鉆至少10個(gè)直徑為50miI (I. 27 mm) 、間距大約為lOmm 的孔，通過(guò)印制和蝕刻，環(huán)繞每個(gè)孔制作一個(gè)直徑為2.54mm 的導(dǎo)體焊盤，焊盤的中心與孔中心的偏移最多不能超過(guò)4miI (0.1mm) 。接著用AWG-200 鍍錫的銅線卡釘把樣本裝配好，在波峰焊機(jī)上按照標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)程焊接樣本，突出在焊接面的引腳以垂直于基板的方向被拉出，記錄下引起焊盤脫落的力的數(shù)值。圖6-13 為進(jìn)行粘接強(qiáng)度測(cè)試的裝置，最少應(yīng)進(jìn)行8 次測(cè)試，并且對(duì)XXXP 、XXXPC 和FR-2 基材，其平均值不應(yīng)該小于4.0kg (8. 81b) ;對(duì)G- 1O、G- l\ 、FR-4和FR-5 基材不應(yīng)小于8.0kg(17. 71b) 。而且最小值不應(yīng)小于平均值的70% 。

可以用同樣的測(cè)試(從元器件面牽拉引腳)來(lái)測(cè)定焊料的強(qiáng)度，提供的鍍錫銅線要具有高焊接性。

7 耐焊錫性
基板對(duì)焊錫的耐受性可以通過(guò)把一塊樣本漂浮在260 土3℃(500 士S°F) 熔融的焊錫表面一段給定的時(shí)間，通常持續(xù)10 - 60s 來(lái)確定。樣本上必須有和用在被加工的印制電路板上相同類型的銅惱和孔(未經(jīng)電鍍或鍍通孔) ，樣本不能被助焊劑處理過(guò)。為了防止被焊錫浸潤(rùn)，一層薄薄的硅脂或油被用來(lái)達(dá)到此目的。在漂浮之后，樣本被目測(cè)以檢查起泡、暈圈、白斑等現(xiàn)象。

8 板彎和板翹
板彎是沿著一張基板的邊緣翹曲，而板翹則是沿著對(duì)角線的翹曲。過(guò)度的彎曲或扭曲在印制電路板加工和裝配的不同階段都會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。板彎和板翹的測(cè)量可通過(guò)選取一塊邊長(zhǎng)為914.4mm 的方形或短邊不少于610mm 的長(zhǎng)方形基板樣本來(lái)進(jìn)行。

根據(jù)定義，如果樣本發(fā)生板彎，則當(dāng)被放到一個(gè)平面工時(shí)，它所有的四個(gè)角都會(huì)和支撐面接觸。為士測(cè)量板彎，應(yīng)把樣本放在支撐面上，它所有的角都與支撐面接觸。沿著每條邊，測(cè)得與支撐平面的最大偏差，并用與邊長(zhǎng)的百分比表示。

同樣地，如果樣本至少有一個(gè)角不能接觸到支撐面，那它就是板翹。為了測(cè)量板翹，把樣本支撐在這些角上，并在這些支撐角構(gòu)成的三角形內(nèi)部測(cè)量最大偏差。于是測(cè)量支撐面到非支撐面的夾角并測(cè)量支撐面對(duì)于板的另半邊的最大偏差。對(duì)于另半邊的最大偏差板翹值通常用與樣本對(duì)角線的百分比表示。MIL-P-13949 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了板彎和板翹值。

9 抗彎強(qiáng)度
抗彎強(qiáng)度是指當(dāng)一條基板的兩端被支撐時(shí)，在中間施加一個(gè)力，而基板不發(fā)生斷裂時(shí)每單位面積所能承受的力的大小。圖6-14 為測(cè)試抗彎強(qiáng)度的裝置。

抗彎強(qiáng)度的值在兩個(gè)方向，即在平行.力于填充物的長(zhǎng)度方向(縱向)和垂直于它的方向(橫向)上是不一樣的。為了測(cè)量抗彎強(qiáng)度，樣本需要有25mm 寬，長(zhǎng)度至少是基板厚度的20 倍。支撐點(diǎn)的跨度通常是厚度的16 倍。取5 個(gè)樣本，每個(gè)樣本都進(jìn)行相應(yīng)兩個(gè)方向(縱向和橫向)的研究，在兩個(gè)方向的最小平均值即為抗彎強(qiáng)度。

10 可燃性
工業(yè)中所用材料的易燃性問(wèn)題的提出引起了人們的廣泛關(guān)注，因此需要制造和使用更多的耐火基板。測(cè)試可燃性的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)由lEe 、NEMA 和UL (美國(guó)保險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)所)制訂。

UL94 是一種塑性材料可燃性測(cè)試的通用標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，材料的可燃性試驗(yàn)被分為94V -O、94V-l 、94V-2 和94HB 等類別。測(cè)試在水平或垂直位置，且在一個(gè)不通風(fēng)的箱子內(nèi)進(jìn)行。選取的樣本長(zhǎng)為127mm、寬為12.7mm。在進(jìn)行測(cè)試之前，樣本要在溫度為23 吃、相對(duì)濕度(RH) 為50% 的條件下放置48h 。測(cè)試所用的裝置和整套設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)敘述。

不同測(cè)試的分類如下:
1.垂直燃燒試驗(yàn)(94V-O、94V-1、94V-2)
1)樣本必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)熄滅
10?s (94V-0) ,
30s (94V-1 、94V-2) ;
2) 對(duì)一套5 個(gè)樣本，總的燃燒時(shí)間不能超過(guò)
50s (94V-O),
250s (94V-l 、94V-2) ;
3) 不能有燃燒的火星，以免引燃下方干燥的醫(yī)用脫脂棉(94V -O、94V -1) ,當(dāng)樣品直接燃燒時(shí)，可能會(huì)有火星濺出。
4) 在第二次燃燒試驗(yàn)后，樣品燃燒的持續(xù)時(shí)間不超過(guò)
30s (94V-O),60s (94V-1 ) ;
2. 水平燃燒試驗(yàn)(94HB)
1)在76.2mm 跨度上每分鐘的燃燒不能超過(guò)76.2mm;
2) 在火焰燃燒到102mm 處的參考標(biāo)記之前，樣本的燃燒必須停止。

11 玻璃化溫度
玻璃化溫度(通常表示為Tg ) 是衡量基板的樹脂結(jié)構(gòu)抵抗因熱導(dǎo)致軟化性能的明確的指標(biāo)。在Tg 點(diǎn)，樹脂從光滑的狀態(tài)開始發(fā)生變化，它的分子鏈結(jié)合力開始減弱，足以引起物理性能的變化(空間穩(wěn)定性、抗彎強(qiáng)度等)?. FR -4環(huán)氧樹脂的Tg 點(diǎn)為115 -125 't: ，而聚酷亞肢的Tg 點(diǎn)為260 - 300 't:。在某種程度上， Tg 點(diǎn)是膨脹總量的一個(gè)指標(biāo)，膨脹將產(chǎn)生在從使用環(huán)境到焊接的各個(gè)階段。

12 空間穩(wěn)定性
電路密度的增加導(dǎo)致對(duì)電路板空間穩(wěn)定性要求的進(jìn)一步提高。在z 、y 軸方向的空間穩(wěn)定性是基板增強(qiáng)材料(玻璃或紙)的作用，而"z 軸"方向的厚度
膨脹通常是結(jié)構(gòu)或樹脂基體的作用。

z 軸方向膨脹:發(fā)生在z 軸方向的膨脹總量。電路板以及隨后的組裝件，首先要曝露于焊接溫度下，引起一系列的偏移，然后處于周圍環(huán)境和操作溫度中，直至壽命的終結(jié)。z 軸方向膨脹的有害影響是銅孔(鍍通孔)的加工硬化。對(duì)于基板而言， z 軸方向膨脹越小、總的加工硬化也就會(huì)越小，電子組裝件的使用壽命也就越長(zhǎng)。理想情況下，如果基板的z 軸方向膨脹等于鍍通孔所引起的膨脹，那么應(yīng)力以及伴生的加工硬化將可能被真正消除。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基板是因?yàn)檫m合某種特定的性能要求而被選用的，大多數(shù)選擇是依據(jù)玻璃化溫度作出的。

13 銅粘接強(qiáng)度
這通常通過(guò)"剝離強(qiáng)度測(cè)試"來(lái)測(cè)試。因?yàn)檫@種測(cè)試是破壞性的，所以它不會(huì)在成品板上進(jìn)行，而且要求供應(yīng)商隨每批產(chǎn)品準(zhǔn)備一些測(cè)試樣本。