精密电子组装PCB板的热性能要求与选择

在PCB选材与设计时，材质的机械性能和热性能要适合产品的特点，须考量回焊或波焊制程对板弯翘及应力问题。PCB的尺寸稳定性、抗剥离强度、以及刚性和可靠性受基板材质影响较大，如果材质选择不合适，PCB板可能在组装前就已经变形，这将导致精密细间距器件的印刷不良。PCB基板的布局及敷铜，要力求匀称使热应力均衡，譬如PCB覆铜板点铜比网铜郊果要更好。

基板材质

Tg、CTE、Td认知

玻璃态转化温度（Tg）：是玻璃态转换温度，温度一旦高于Tg，物理特性变化非常明显，如同玻璃加热软化，特别是CTE 增长很快；基板材质 Tg 是决定材料性能的临界温度，是选择基板材料的一个关键参数。

Td是PCB基材分解温度，一般按照重量减少5％的温度作为分解温度，但也有研究表明对于无铅组装PCB基板采用5％还不合适，比如某一PCB材料5％的温度达到340℃左右，但无法承受无铅250℃的温度，目前更倾向于2％来衡量。而对于无铅而言，仅仅对PCB基板要求Tg是不够的，至少还有同等重要的参数包括Td、CET（特别是Z轴、与Tg之后地CTE）。基板或组装板在组装回焊或波焊时翘曲、分层，产生的机械应力和热应力，对微形焊点易产生虚焊、连锡、焊点锡裂等缺陷或焊盘坑裂等可靠性问题。

Tg过低回焊时PCB易翘曲变形，PCB的I/O焊端易产生共面性问题，以及机械应力和热应力对焊点和元器件的损坏。FR2FR3CEM1CEM2覆铜箔层压板CCL，纸质芯基板疏松脆弱易断且易变形，热性能差，不宜用于倒装焊器件组装板；而硬质材料 FR-4/FR-5用的较多；SMT焊接用揉性FPC主要采用聚酰亚胺PI材料。

基板材质

耐热性和电气性能

PCB的尺寸稳定性、抗剥离强度、以及刚性和可靠性受基板材质影响较大，如果材质选择不合适，PCB可能在组装前就已经变形，这将导致精密细间距器件的印刷不良。Sn-Pb合金焊接温度（220～230℃），印制板基材的耐热分解时间，在260℃时，T260≥30s就可以满足SMT印制板的要求。SAC305无铅焊接温度一般为(250～260℃)，印制板基材的耐热分解温度应满足在 288℃条件下 T288≥300s，才能保证焊接时基材不分解、性能不被破坏。

耐热性：

SMT要求二次回流PCB不变形，传统有铅工艺要求：T260℃/耐50 s；无铅要求更高的耐热性：T260℃≥30 min；T288℃≥15 min；T300℃≥2 min。

电气性能有介电常数、介质损耗、抗电强度、绝缘电阻、抗电弧性能、PCB吸水率等。介电常数：介电常数是高频电路所用基材的一项重要指标；当其大的时候，其信号传输速度会受到衰减，易发生信号失真及干扰.通常要求SMB基材的介电常数小于2.5。

介质损耗：

当其偏大时，会引起基板发热,高频损耗增大；当电路工作频率大于103 Hz时，通常要求SMB基材的介质损耗小于0.02。
抗电强度：

需求板材厚度≥0.5 mm时的击穿电压大于40Kv。

绝缘电阻，潮湿后表面电阻大于10000MΩ；抗电弧性能大于60s，PCB吸水率小于0.8%。

CAF即(Conductive Anodic Filament)的缩写，它是电化学腐蚀过程的副产物，通常表现为从从电路中的阳极发散出来，沿着玻璃纤维与环氧树脂之间的界面表面朝着阴极方向迁移，形成导电性细丝物，从而导致绝缘电阻发生突然下降。

影响CAF形成的因素，主要受基板材质（形成的敏感性程度等级：MC-2≥Epoxy/Kevlar≥FR-4≈PI＞G-10＞CEM-3＞CE＞BT）、导体结构、电压梯度、助焊剂、湿度及潮气情况。印制板基材的耐离子迁移性：耐热性好、低吸湿率的基材和产品低湿度的工作环境有利于防止CAF现象，改进措施：加大孔间距和导通孔做塞孔处理设计等。

PCB

基本要求和选择因素

通常，我们根据产品的功能、性能指标及产品的档次选择PCB，并选择高Tg（150～170 ℃)环氧玻璃纤维基板的FR4、CEM-3、FR5 等。SMT对印制电路板的要求：SMT无铅再流焊工艺，要求经受235～260 ℃的高温环境，因此要求PCB基材耐高温、不变形、热膨胀系数低等要求。对于无铅焊接用FR4，基板的分解温度须高于358℃，热态尺寸稳定性优异，尤其Z轴膨胀系数要小，耐离子迁移性好。对于散热要求高的高可靠电路板，采用金属基板；对于高频电路，则需采用聚四氟乙烯玻璃纤维基板。PTFE基板，对称结构且具有优势的物理、化学和电器性能、在所有树脂中，PTFE的介电常数和介质损耗最小。

SMT对印制电路板的要求：外形尺寸稳定，翘曲度小于0.0075 mm/mm（超高密度翘曲度要求控制在 0.5%以内）；焊盘镀层平坦，满足SMD共面性要求；热膨胀系数小、导热系数高；耐热性要求严格；铜箔的附着强度高，可焊性好；良好的抗弯曲强度；电性能要求介电常数、耐压、绝缘性能要符合产品要求等。

选择PCB材料时应考虑的因素：适当选择玻璃化转温度较高的基材，Tg应高于电路工作温度；CTE要低，以免PCB变形严重时，造成金属化孔断裂和损坏元件；PCB耐热性须不低于250℃/50s；平整度和电气性能方面，如同SMT对印制板的一般要求。

基材Tg点决定材料性能的临界温度，是选择基材的一个关键参数，Tg过低回焊时PCB易翘曲变形。BT/Epoxy树脂基板Tg点大于180℃，其性能好可用作封装基材；高Tg FR-4基材性价比好，Tg范围为170℃～190℃，可用于高性能产品上。

当多层基板的层压材料、玻璃纤维与铜箔之间的CET严重不匹配，应力可能造成金属化孔或半孔镀层断裂失效。PCB基板为避免回焊时热应力损伤，Td层分离裂解温度需不低于340℃。研究表明，板材的高Td值比高Tg值更重要，如Tg175/Td310℃比Tg140/Td350℃热性能稍次之，Td与Tg都能达到规格则更好。

基材的耐热分解时间（T288）是反映印制板耐焊条件的一项技术指标，是指基板在288℃条件下经受焊接高温而不产生起泡、分层等分解现象的最长时间，该时间越长对焊接越有利。SAC305焊接基板应满足T288≥300s，才能保证焊接时基材不被分解破坏。

基材的复杂多样，要求技术人员在设计和制程处理时须依据其特性有的放矢；如果选择处理不当，在制程工艺中易产生翘曲、分层，并造成产品的可靠性问题。基板或组装板在组装回焊或波焊时翘曲、分层，产生的机械应力和热应力，对微形焊点易产生虚焊、连锡、焊点锡裂等缺陷或焊盘坑裂等可靠性问题。