无铅焊接与覆铜板选择

一、前言
　　欧盟RoHS法令已从2006.7开始执法，虽说禁用物质共有六项，但对PCB与CCL所造成的影响，其实却只有无铅焊接而已。FR-4板材中所惯用的阻燃剂(Flame Retardent)四溴丙二酚(Tetra─Bromo─Bisphenol A；早期此词一向简称为TBBA，不知为何最近又流行起TBBPA了)，事实上并不属于RoHS所明文指出的多氯联苯PBB与多溴二苯醚PBDE等两项毒害物质。不过的确有某些欧盟国家(如瑞典等)与日本等仍在搅局，想要从板材中彻底废除所有的溴化物，幸好目前IPC与多数国家业界尚不认同这种陈义过高的极端做法。
　　无铅焊接由于热量(Thermal Mass)大增，也就是焊料熔点比有铅者上升34~44℃(例如SAC或SCN)，且熔点以上的历时(Time Above Liquidus；TAL)也多出约50秒。此等火上浇油所加成的负面效果，使得组装过程中不但零组件遭创颇巨，且受热面积最大的板材尤其受害最深。通常小面薄形多层板所幸内外温差较少，且又在PCB制程的良好管控下，其外观可见到的爆板尚不致太多。然而厚大多层板与厚铜兼厚板者所受到的灾难则惨不忍睹矣！如此前所来见的痛苦，一时还很难从强热中毫发无伤全身而退。加以板材除了必须具备耐强热之品质外，其它如机械强度、电气特性、耐化性、与制程匹配性等亦均不可牺牲；是故不可能从树脂配方与板材的制作中全数加以改善。经验中迁就某一项性能时，一定会对其他质量带来若干负面影响。天下没有万能的CCL，只能就需求的优先程度而取决其改善的方向。

二、板材规范新增品项与Tg的影响
　　无铅焊接的强热一定会对CCL覆铜板的三成员(铜箔、树脂及玻纤布)分别造成影响，其中尤以树脂部份所受到的折磨最大。现将其全面性的内容要式整理成两个表格以供参考。事实上多年来在热量较少的有铅焊接世界中，板材的Tg较高者，通常其耐热性也表现得较好。但此种经验法则到了强热的无铅焊接时代，已经不再权威也不再管用了。下图2中的两个画面即为某高Tg树脂的四层板，经峰温260℃的无铅回焊后，切片上所出现的爆板情形。
　　看官们须知“峰温260℃”只是试验与研究所刻意在Worst Case下所采取的极端手段，要快也较有机会比较出孰优孰劣，正常回焊作业最高也仅250℃而已。
由图3可知代表性B材之Tg虽只有150℃，但其α2的Z膨胀(斜率)却比高Tg175℃的C材还要小，故知强热中B材的爆板机率也就比C材要低一些了。

三、Td的出台与Tg的关系
　　上述之Tg早已在业界显赫多年，成为有铅焊接中板材耐热性的符号，与一般机械性、耐化性，甚至耐候性的优劣指标。然而自从无铅焊接强大热量纷沓而来并于量产经验之后，发现Tg的高低已不再能表达板材是否耐得更高温度与更大的热量，于是仍有进一步更精确指标的需求；那就是Td、α2/Z-CTE与T288等板材三大品项的出台。IPC-4101B终于在2006年的7月1日经会员们正式投票通过而发行，全球业界对“似可”忍耐无铅焊接的基材板，其质量与可靠度也终于有了具体的正式书面文件了(见表四)。