基材

选择合适的表面处理及优化设计是确保产品性能优异的重要步骤,但是不是到此为止了呢?不是,您还必须确保工厂有指定的材料,且该厂通过UL认证可以使用该材料。

NCAB知道,材料的选择多种多样性。凭借我们的专业技术知识,我们能在材料的选择和规格上为您提供指导和协助。

刚性材料

应该如何指定材料?

我们的建议是,尽量不要指定某一个特定品牌或材料种类,以免最终选择工厂时限制了您的选择。其中的原因是,许多知名品牌材料在我们的工厂中有着广泛使用的同时,有些工厂有数个品牌的材料均能达到所要求的材料规格。这时,供货情况以及价格就可能成为使用哪个品牌的决定因素。

这并不意味着您不能指定所知的材料,绝非如此。如果您根据经验知道某种材料适合您的产品,那么您可以列出这种产品,并加上“或同等材料”的附言,NCAB的技术人员和采购团队就会审核各种材料,并向您提供一种能满足功能需要又不影响性能的替代产品。

每一家知名的材料制造商都按IPC 4101(刚性及多层印制电路板的基材规范)进行产品分类,以便用此规格确定性能特征并加以分类, 同时详细界定了基材的特征,此外,工厂遵循IPC-4101-xxx分类能做出明智的选择,并确保性能符合预期要求。

如果您需要有关IPC 4101或材料规格方法的更多信息,那么请联络 NCAB集团,我们乐意提供帮助。

指定材料特性时的关键因素

考虑基材的性能特征时,应考虑材料的相关机械特性(特别是材料在热循环/焊接操作过程中的相关性能)和电气特性。这些通常被认为是标准产品甄选过程中的最常见因素。这是因为所有被考虑的材料都要达到UL可燃性等级V-0。

关键材料特征如下所示。

  • CTE – Z axis(Co-efficient of thermal expansion): This is a measure of how much the base material will expand when heated. Measured as PPM/degree C (both before and after Tg) and also in % over a temperature range.
  • Td (Decomposition temperature): This is the temperature at which material weight changes by 5%. This parameter determines the thermal survivability of the material.
  • Tg (Glass transition temperature): The temperature at which the material stops acting like a rigid material and begins to behave like a plastic / softer.
  • T260 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 260 degrees C.
  • T288 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 288 degrees C.
  • Dk (Dielectric constant): The ratio of the capacitance using that material as a dielectric, compared to a similar capacitor which has a vacuum as its dielectric.
  • CTI (Comparative tracking Index): A measure of the electrical breakdown properties of an insulating material. It is used for electrical safety assessment of electrical apparatus. Rating can be seen below.
Tracking Index (V) PLC
600 and greater0
400 through 5991
250 through 3992
175 through 2493
100 through 1744
< 1005

下表摘录了IPC-4101分类的某些特性,重点介绍了已经提到的一些细节。

IPC-4101 99101121 124126127 128129130
Tg (min) C150110110150170110150170170
Td (min) C325310310325340310325340340
CTE Z 50-260 C3,5%4%4%3,50%3%4%3,50%3,50%3%
T260 (min) minutes303030303030303030
T288 (min) minutes555515551515
Fillers > 5%YesYesNANAYesYesYesNAYes
Dk/Permittivity (max)5,45,45,45,45,45,45,45,45,4

IMS – 高效散热技术

绝缘金属基板的新机遇

为满足较大的能量或局部热负载量要求,比如在具有高强度LED的现代建筑中,可以运用IMS技术。IMS是“Insulated Metal Substrate”的缩写。这是一种在金属板(通常是铝板)上应用特殊的预浸材料制成的PCB,其主要特性是散热性能极佳,对高电压具有良好的绝缘特性。NCAB与EBV和数家其他公司一起,参与了示范产品的研制,以便吸引市场关注高强度LED与IMS技术结合所带来的机遇。
最重要的成分是导热预浸材料,这是一种陶瓷或填硼材料,具有极佳的散热性能。其导热性通常是FR4的8-12倍。

IMS PCB的散热优势

一块IMS PCB的热阻可以设计得很低。例如:如果您把一块1.60 mm的FR4 PCB与一块具有0.15 mm热预浸材料的IMS PCB对比,您会发现IMS PCB的热阻是FR4 PCB的100倍以上。在FR4产品中,大量散热会非常困难。

NCAB能提供各类材料,能满足几乎所有客户的一切需要,无论是特定品牌还是符合IPC-4101分类/材料特性的同等材料。现有材料分为四大类:标准(广泛应用)、高级(少量工厂特有)、柔性和IMS。
另一种方案是把FR4材料与过孔结合,比如塞入热传导材料,改善PCB的热性能。与使用传统的FR4技术相比,这种做法更富于成本效益。

在考虑基材的性能特征时,应该同时考虑其机械性能(特别是在热循环/焊接操作中的相关性能)以及材料的电性能。

有关材料的建议

下方为针对不同条件和技术应用的板材推荐,但应当注意,这些都是非常“粗略”的建议。我们建议客户充分评估自身的焊接流程,确定材料必须承受的条件因素,如峰值温度、高于熔融态温度的持续时间,并考虑到Td、T260 和 T288的需求。

材料符合 IPC 4101/121(最低 Tg 130 摄氏度)

Total thickness ≤ 1.60mm
Number of layers1 to 4
Copper< 70µm

材料符合 IPC 4101/99 或 /124  

Total thickness ≤ 2.40mm
Number of layers6 to 12
Copper≤ 70µm
Blind / Buried vias / µvias

材料符合IPC 4101/126 或 /129  

Total thickness>2.40mm
Number of layers12+
Copper> 70µm
Blind / Buried vias / µvias

NCAB的实践经验显示,在受控的组装 / 焊接环境下及一般的产品应用, 符合 IPC-4101C /21 要求的材料也可(常规工艺)在无铅环境中工作。

原则上,NCAB在每家工厂的物料表中批核的较低等级FR-4 ,其多数参数均满足/121,除了T260 或 T288。如针对这两个参数有要求,可能需要使用更高等级材料。