本文关键字:
3.3.2做法
本项目的做法,可按UL-94或NEMA LI1-1989,不过IPC-TM-650之2.3.10法却是引用前者。其无铜试样之尺寸为:5吋X5吋(厚度视产品而不同),每次做5样,每样试烧两次。试烧用之本生灯高4吋,管口直径0.37吋,所用瓦斯可采天然气,丁烷,丙烷等均可,但每ft3 须具有1000BTU的热量。若出现争议时,则工业级的甲烷气(Methane)可作为标准燃料。
点燃火焰时,其垂直焰高应为0.75吋之蓝焰,可分别调整燃料气与空气的进量,直到焰尖为黄色而焰体为蓝色即可。试样应垂直固定在支架上,夹点须在0.25吋的边宽以内,下缘距焰尖之落差为0.375吋。
试烧时将火焰置于之试样下约10± 0.5秒后,即移出火源,立即用码表记下火焰之延烧秒数。直到火焰停止后又立即送回火苗至试样下方,再做第二次试烧。如此每样烧两次,五样共烧10次,根据NEMA之规定,10次延烧总秒数低于50秒者称为V-0级,低于250秒者称为V-1级,凡符合V-1级难燃性的环氧树脂,即可称为FR-4级树脂。
但IPC-4101/21中的报告方式,却是采“平均燃秒”上限不可超过5秒,与“单独燃秒”上限不可超过10秒,作为计录。
3.3.3溴化物抗燃说明
一般性环氧树脂,是由丙二酚(Bisphenol A)与环氧氯丙烷(Epichloro Hydrin)二者所聚合而成,并不具难燃性(Flame Retardent),无法符合UL-94的规定。但若将“丙二酚”先行溴化反应,而改质成为“四溴丙二酚”,再混入液态环氧树脂(A-stage),使其溴含量之重量比达20﹪以上时,即可通过UL-94起码之 V-1规定,而成为难燃性的FR-4了。
电子产品一旦发生火灾或燃烧处理废板材之际,若其反应温度在850℃以下时,将会有产生“戴奥辛”(Dioxin)剧毒的危险裂解物。故为了工安,环保,与生态环境起见,业界已有共识,将自2004年起,计划逐渐淘汰(face-out)溴素(是卤素的一种)的使用,总行动称为Halogen Free。目前日本业者的取代技术已渐趋成熟,而欧洲业界所唱的高调与法令的配合,已在全球业界形成必然之势,使得主要PCB生产基地的亚太地区,只好俯首称臣加紧配合。
3.3.4难燃原理与商品
1.捕捉燃烧中出现的自由基(Free Radical,指H?),阻碍燃烧的进行传统FR-4环氧树脂所加入的溴(Br),会在高温中形成HBr,亦即对H之可燃性自由基加以捕捉,使燃烧不易进行。此即为添加卤素(Halogen)达到难燃的目的。除溴之外尚可添加毒性较少的氯,或卤素之磷系等均可,但并不比原来溴素高明多少。
2.添加氢氧化物等助剂,使在燃烧过程中本身进行脱水反应,而得以降温及阻绝氧气与可燃物之结合,而达难燃之目的不过此等添加物﹝如Al(OH)3﹞会增加板材的“极性”(Polarity),有损板材的电气性质,只能用于品级较低的PCB中。
3.加入不可燃的氮或硅或磷,以冲淡可燃物减少燃性
此种含氮物等又分有机物与无机物两类,日本已有商品,整体效果较好。如日立化成的多层板材MCL-RO-67G即为典型例子。
4.燃烧中产生覆盖物阻绝与氧气的供应而达难燃,如磷化物于高温中形成聚磷酸之焦膜,覆盖可燃物,断绝氧气减少其燃性但此系亦会产有害的红磷附产物,并不见得比原来的卤素好到哪去。
5.大量加入无机填充料(Filler),减少有机可燃物之比率以降低燃性
如日立化成所新推出的封装材料MCL-E-679F(G)中,即加入体积比60-80﹪小粒状的无机填充料,但却先对其做过特殊的表面处理(FICS),使与树脂主构体之间产生更好的亲和力,且分散力也更好。
3.4.Glass Transition Temperature(Tg) 玻璃态转化温度(不在IPC-4101/21中,但最重要)
聚合物(即Ploymer ,亦称高分子材料或树脂等)会因温度的升降,而造成其物性的变化。当其在常温时,通常会呈现一种非结晶无定形态(Amorphous)之脆硬玻璃状固体(此处之玻璃,是对组成不定各种物体之广义解释,并非常见狭义之透明玻璃);但当在高温时却将转变成为一种如同橡胶状的弹性固体(Elastomer)。这种由常温“玻璃态”,转变成物性明显不同的高温“橡胶态”过程中,其狭窄之温变过度区域,特称为“玻璃态转化温度”;可简写成Tg,但应读成“Ts of G”,以示其转态的温度并非只在某一温度点上。
此种状态“转换”的温度带虽非聚合物的熔点,但却可明显看出橡胶态的热胀系数(CTE)要高于玻璃态的3或4倍。凡板材的Tg不够高时,在高温的强烈Z膨胀应力下,可能会造成PTH孔铜壁的断裂。现行FR4之平均Tg已可135℃,而CEM-1亦有110℃,且在板厚之降低与镀铜品质的改善下,断孔的机率已比早先降低很多了。
由众多实务经验可知,Tg较高的板材,其热胀系数(CTE)较低,耐热性(Heat Resistance)良好,硬挺性(Stiffness or Rigidity)亦佳,板材之尺度安定性(Dimentional Stability)改善,且吸湿率(Moisture)亦较低,耐化性(Chemical Resistance含耐溶剂性)提升,各种电性性能亦较好,且不易出现白点白斑(measling and crazing)等缺点。故一般业者常要求板材在成本范围内,须尽量提高其Tg,以减少制程的变异与板材品质的不稳。
但由于Tg的测定的方法很多,而且所得数据之差异也颇大。须注意其实验之升温速率,应控制在5至10℃之间,不可太急。常用之测试法有DSC、TMA及DMA等三种,现说明如下:
3.4.1 DSC系指Differential Scanning Calorimetry (示差扫瞄卡计),是在量测升温中板材之“热容量”(Heat capacity)变化(即Heat flow变化)。系在其变化最大的斜率处,以切线方式找出居中值即可。本法由于板材升温中,其热容量变化并不大,故对Tg测定的灵敏度较差。
3.4.2 TMA系指Thermal Mechanical Analysis(热机械分析法),是量测升温中板材“热胀系数”(CTE)的变化。通常样板厚度在50mil以上者,本法测试之准确度要比DSC法更好。
3.4.3 DMA系指Dynamic Mechanical Analysis (动态热机械分析法),是检测升温中聚合物在“粘弹性变化”方面的数据,或量测升温中板材在模数(Modulus)与硬挺性(Stiffness)方面的变化。其灵敏度最好,是三种方法中测值较高的一种(如同样品之TMA测值为145℃,DSC约为150℃,而DMA则约为165℃)。到底哪一种最准确,则人云皆非真相不易得知。不过本法对板材中有好几种不同树脂之混合者,亦能一一将之测出,但使用者之技术也较高。