电路板基材的业界趋势及重要性
会发生2-3%的减重,此种情况中将会产生不同程度的树脂裂解。
为了瞭解多次熔焊过程,并比对传统锡铅焊接和无铅焊接SAC之影响起现,可试以TGA进行大量分析。上图3中是以三种板材为例;这些板材的Tg皆为175℃ ,但A的Tg为310℃,而B与C之Td另为350℃。图5与图6之数据分别说明在235℃及260℃的热循环试验下,各板材累计失重的趋势图。
图5,以TGA方式在235℃:模拟有铅焊接的多次试验中,可见到三种板材均未失重而保持良好
将TGA试温恒定于260℃,经多次循环后的失重比较
图6 ,但若将TGA的试验温度提升到260℃而模拟无铅焊接时,经多次试验后,发现A材已逐渐减重而失效
由图5所示可知,四种板材不论Tg或Td如何,在235℃的峰温试验中,其等重量几乎都没有因损失而劣化。然而,图6却显示不同的故事,在更高温260℃的多次试验下,Td较高的板材几乎仍未出现减重,但Td较低的一般性板材,其树脂却开始发生明显劣化,以致急遽出现减重之情形。
3.4以DMA法量测板材的储存模数
板材中的环氧树脂,常温中是一种在具有弹性的聚合物,但高温中变软后却又具有黏性,特称之为黏弹性。当某物体具有"黏弹性" 时,一旦受到外力的拉伸或压迫时,当该物体会发生与施力方向相同的变化者,称之为弹性;若发生与施力方向垂直方向的变化者,称之为黏性。此种黏弹性会随时间,温度,与冷热频率而逐渐变化。若将树脂板材刻意在DMA的高温中〈235 ℃、260℃ 〉,以「动态热机分析法」(DMA),多次量测其Tg与储存模数量时,一旦发现某板材在此二项特性均出现数据之下降者,即表该板已出现耐热性不良的劣化了 ,是另类监视板材耐热品质的精密方法,现以图示方式说明于后。
图7,左图为储存模量的简要说明,首先是黑色的泥土球,在极少黏弹性下,自由落地后几乎停止不动,其次是超级球经自由落地后反弹极高。而常见的网球,自由落地后反弹的高度即可视为仍储存模量,而距原高度所损失的落差即为损失模量。右图即为两者在升温中遂渐下降的趋势,以及Tg的区域。
下图10与图11系使用DMA对三种板材Tg所测得的结果,分别设定于235℃及260℃的热循环试验中,量测分析其板材Tg的变化。当在235℃时,三种板材之Tg都维持在175℃以上而没有明显变化。然而当峰温再升高达260℃时,Td为310℃的现行"标准"式A材,即已明显发生Tg逐渐下降的劣变情形。相较之下,Td为350℃的板材B与C,其纵轴的Tg数値仍然十分稳定。由于树脂成分的不同,甚至在多次加温中聚合度稍增下,还使得Tg稍微增加了几度。
图8,右图为DMA仪器的外观与重要组件的说明,右图为试样一种承载架的详细画面,系将试样板片的左右加以固定,中央夹具则可上卞浮动,在垂直方向施加上下的外力后,该试即反应出弹性与黏的讯号数据。
图9,当施加外力后,所产生的应变方向与施力方向完全相同者称弹性,应变方向针对施力方向落后90度者者称为黏性,介于其间者即为黏弹性。将DMA试温恒定于235℃,对Tg进行多次试验的变化情形
图10.动态机械分析可用以量测有机板材的黏弹性与储存模数。当于235℃模拟有铅焊接之高温中多次测试Tg时,若读值皆未变化,则表该板材在该温度中尚称稳定。
将DMA试温恒定于260℃,对Tg进行多次试验的变化情形
图11 ,若以DMA另行模拟无铅焊接的260℃高温中,刻意多次量测其Tg ,发现行常用A产品之Tg不断下降,即表示该种A板材已在高热中发生热裂解了 。而Tg仍能维不致下降者,即表其已具良好的抗热性。
模量可视为聚合物的刚性;或称硬挺性,板材经多次高温后,凡耐热性较差者,其模量自必有所损失,而所剩馀的储存模量当然就会愈来愈少了 。DMA还可测量板材的"储存模数";此种储存模数与材料的抗挠强度和硬挺性有关,此二物性对于PCB下游组装厂堪称非常重要。因为硬挺性较佳者,可于热循环中仍保持其抗挠强度(耐弯曲性),进而使得在元件焊接时,较能避免板面下凹或板弯板翘的缺点。图12及图13分别表达板材A与B在235℃及260℃的多次循环试验下,其储存模量的百分比变化情形。由本测试结果显示,Tg为175℃所谓的"标准"A板材,不论在235℃或260℃的多次DMA试验后,其储存模量都不免会降低, 且在260℃的试验中下降更为严重,此即说明其抗热性仍有待加强。Tg为175℃及Td为350℃的板材B,则在两种峰温中经,八多次循环测试后进一步証明了耐热性的良好。
在235℃恒温中以多次循环测试后,其储存模数的变化比较
图12.当A与板材经过DMA在235℃中多次测试其Tg时,由于其Tg不断下降之储存模量也在不断下降,换言之人材耐