PCB树脂化学和胶片术语手册

2011-06-17 11:38:55来源: 互联网 关键字:PCB  树脂化学  胶片  术语手册

1、ABS树脂
是由 Acrylonitrile-Butadine-Styrane(丙烯 -丁二烯-苯乙烯)所组成的三元混合树脂,其中丁二烯之橡皮部份能被铬酸所腐蚀而出现疏孔,可做为化学铜或化学镍的着落点,因而得以继续进行电镀。电路板上许多装配的零件,即采用 ABS 镀件。

2、A-Stage A阶段
胶片(Prepreg)制造过程中,其补强材料的玻纤布或棉纸,在通过胶水槽进行含浸工程时,该树脂之胶水(Varnish,也译为清漆水),尚处于单体且被溶剂稀释的状态,称为A-Stage。相对的当玻纤布或棉纸吸入胶水,又经热风及红外线干燥后,将使树指分子量增大为复体或寡聚物(Oligomer),再集附于补强材上形成胶片。此时的树脂状态称为B-Stage。当再继续加热软化,并进一步聚合成为最后高分子树脂时,则称为C-Stage。

3、Bonding Sheet(layer) 接合片,接着层
指硬质多层板用以层压结合的“胶片”,或软板“表护层”与其板面间的接着层

4、B-Stage,B 阶段
指热固型树脂的半聚合半硬化状态,如经 A-Stage 的环氧树脂含浸工程后,在胶片玻纤布上所附着的树脂,尚可再加温而软化者即属此类。

5、Copolymer 共聚物
是 CCL 铜箔基板外表所压覆的金属铜层。 PCB 工业所需的铜箔可由电镀方式(Electrodeposited),或以辗压方式(Rolled)所取得,前者可用在一般硬质电路板,后者则可用于软板上。

6、Coupling Agent 偶合剂
电路板工业中是指玻纤布表面所涂布的一层“硅烷化合物”类,使在环氧树脂与玻纤结合之间,多了一层“搭桥钩连”的化学键,令二者间具有更强力的伸缩弹性及结合牢固性,一旦板材受到强热而产生差异甚大的膨胀时,偶合剂将可避免二者之分离。

7、Crosslinking,Crosslinkage 交联,架桥
由众多单体经其分子键的接合,而形成热固型 (Thermosetting)高分子聚合物(Polymer),其连接的过程称为“交联”。

8、C-Stage,C阶段
一般基材板中,其等树脂均可分为A,B,C等三种硬化(亦称聚合或固化)阶段。以用量最多的环氧树脂为例,其供做含浸用的生胶水(Varnish)称为 A-Stage:含浸与半硬化而成之胶片 (Prepreq) 即为B-Stage;以多张半固化胶片与铜皮叠合成册,并于高温中再行压合成为基板。此种无法回头的全硬化树脂状态则称为 C-Stage。

9、D-glass D 玻璃
是指用硼含量甚高的玻璃纤维,所制造出来的基板,使其介质常数可控制的更低。

10、Dicyandiamide(Dicy) 双氰胺
是一种环氧树脂聚合硬化所需的架桥剂,因其分子式中具有一级胺(-NH2)、二级胺(=NH),及三级胺(≡NH)等三个强力的活性反应基,是一种不可多得的优秀硬化剂,又名 Cyano-Guanidine 氰基胍。但因此物之吸水性很强,在板材中又有重新聚集“再结晶”的麻烦,故须研磨极细后才能掺在含浸的树脂中使用。

11、Differential Scanning Calorimetry(DSC)微差扫瞄热卡分析法
简单的说当物质受热时,在不同温度下其“热量”流入物质的速率(mcal/sec)将会有所差异。DSC 即为测量这种“热流速率”(或热量变化率)在不同温度下的微小变化。例如当一种商用环氧树脂被加热时,在不同温度下其“热流率”也不同,但快要到达“玻璃态转换温度”时,其每 ℃ 间的热流率会出现很大的变化,其曲线转折处斜率交点所对应横轴的温度,即为该树脂的 Tg,故可用 DSC 去测定 Tg。DSC 的做法是将试样(S)与参考物(R)同时加热,因二者的“热容量”不同,故上升的温度也不同,但其间之差距 △T 却可维持不变。 不过将要到达 Tg 附近时,两者间的 △T 就会出现很大的变化, DSC 即可测出这种温差的变化。是一种改良式的“热差分析法”(DTA)。 DSC 除可测定聚合物的 Tg 外,尚可用以测出塑胶类之比热、结晶度、硬化交联度,及纯度等,是一种重要的“热分析”仪器。

12、Dip Coating 浸涂法
是一种简单便宜的表面涂装法,其皮膜的厚度,与涂液的粘度及涂布的速度有关,电路板基材所用的胶片 (Prepreg)就一直采用此法处理,除可在外表进行涂装外,亦能渗入玻纤布的空隙中,故又称为含浸 Impregnation。

13、E-glass电子级玻璃
E-glass原为美商Owens-Corning Fiberglass Co.的商标,由于在电路板工业中使用已久,故已成为学术上的名词。其组成中除了基本的硅与钙外,含钾钠之量极低,但却含有较多的硼及铝。其抗电王之绝缘性及加工性都不错,已大量使用于电路板的基材补强用途。其组成如下:氧 化 硼  B2O3 5~10%氧化钠/钾 Na2O/K2O 0~2%氧 化 钙 CaO 16~25% 二氧化钛 TiO2 0~0.8%氧 化 铝 A12O3 12~16% 氧 化 铁  Fe2O3 0.05~0.4%二氧化硅 SiO2 52~56% 氟 素 F2 0~1.0%

14、Entry Resin 环氧树脂
是一种用途极广的热固型(Thermosetting)高分子聚合物,一般可做为成型、封装、涂装、粘着等用途。在电路板业中,更是耗量最大的绝缘及粘结用途的树脂,可与玻纤布、玻纤席,及白牛皮纸等复合成为板材,且可容纳各种添加助剂,以达到难燃及高功能的目的,做为各级电路板材的基料。

15、Exotherm放热 (曲线)
各种树脂在聚合硬化过程中,此词是随时间进行而出现热量散放的曲线而言。所放出热量最多的时机即该温度曲线之最高处。又 Exothermic Reaction-词是指放热式的化学反应。

16、Filament 纤丝
是指各种织物最基本的单元,通常是由单丝经过旋扭集合成一束单股的绞(Strand ),或多股所捻成的纱(Yarn),再由“经纱”及“纬纱”织成所需要的布。通常Filament是指连续不断的长纤而言,定长短纤则多用Staple表达。

17、Fill 纬向
指玻纤布或印刷用网布,其经纬交织中的纬纱方向,通常单位长度中纬纱的数目比经纱要少,故强度也较不足。此词另有同义字Weft。

18、Flame Resistant 耐燃性
指电路板在其绝缘性板材的树脂中,为了要达到某种耐燃性等级(在UL94中共分HB、VO、V1及V2等四级),必须在树脂配方中刻意加入某些化学品,如溴、硅、氧化铝等(如FR-4中即加入20%以上的溴),使板材之性能可达到一定的耐燃性。通常耐燃性的FR-4在其基材(双面板)表面之经向(Warp)方面,会加印制造者的UL“红色标记”水印,以表示是耐燃的板材。而未加耐燃剂的G-10,则在经向只能加印“绿色”的水印标记。此术语尚有另一同义词“Flame Retardent难燃性”,但电路板正确的术语中,从来没有防火材料(Fire resist)这种说法,那是外行者道听涂说不负责任的言词,不宜以讹传讹造成难辨真伪的说法。

19、Gel Time 胶化时间
是指 B-stage中的树指,受到外来的热量后,由固体转变为流体,然后又慢慢聚合作用而再变为固体,其间软化“出现胶性”所总共经历的“秒数”,称为“胶化时间”。也就是在多层板压合过程中,可让流胶赶走空气,及填充补平内层线路的高低起伏,其所能利用的秒数,即为胶化时间在实用上的意义。这是半固化胶片Prepreg的一项重要特性。

20、Gelation Particle 胶凝点
指 B-stage 胶片的树指中,出现透明状已先行聚合的树腊微粒而言。

21、Glass Fiber 玻纤
是将高温的熔融玻璃浆从白金小口挤出而得到极细的长丝(Filament),称为玻纤丝。此玻丝可集合 200~400 支而捻成玻纱(Yarn),再由玻纱织成玻纤布,可用来当成胶片的补强材料。若将连续的长纤切断而成定长的短纤(Staple),以沉积处理而成厚度一定的板材称为玻纤席(Glass Mats)。

22、Glass Transition Temperature,Tg 玻璃态转化温度
聚合物会因温度的升降而造成其物性的变化。当其在常温时是一种结晶无定形态(Amorphous)脆硬的玻璃状物质,到达高温时将转变成为一种如同橡皮状的弹性体(Elastomer),这种由“玻璃态”明显转变成“橡皮态”的狭窄温度区域称为“玻璃态转化温度”,简写成 Tg但应读成“Ts of G”,以示其转变的温度并非只在某一温度点上。

23、Heat Cleaning 烧洁
指已完成织布作业的玻璃布,需将其减少摩擦用途阶段性任务的浆料(Sizing)去掉,以便对玻璃布能做进一步“硅烷式”的“偶合处理”(Coupling Treatment 可增强玻纤布与树脂间的结合力),其除去浆料的方法,便是置于高温的焚炉内进行“烧洁”。

24、Impregnate含浸
指基材板之补强材料(如玻纤布或绝缘纸),将其浸渍于 A-Stage之液态树脂,并强令树脂进入玻纤布的纱束中,且迫使空气被逐出,随后热硬化成为胶片之浸着处理,或称“含浸”。

25、Novolac 酯醛树脂
单面板最常见的是酚醛树脂(Phenolic Resin),这是采用酚类(Phenol,C6H 5OH)与醛类(Formaldehyde)二者,经脱水缩合反应,而逐渐立体架桥而成的树脂。若其成品产物中酚多醛少,且系经酸性环境中催化反应者,则该树脂称Novolac(早期是一种商名,现已通用为学名了) 。反之,若在碱性环境中反应,其生成物中呈现酚少醛多者,则称为Resole 。后者多用于单面基材中。Novolac 可用以与环氧树脂(Epoxy)进一步反应而成为共聚物,可增加 Epoxy 机械强度及尺寸安定性,令 FR-4 的性能可获某种程度的改善,称之为高功能树脂,通常其在环氧树脂中的添加量约占重量比的5 ~ 9% 之间。此环氧树脂结构的Bisphenol-A在加入Novolac后,会形成较多的交联(Crosslinking) ,而令Tg 得以提高,使在耐溶剂性、耐水性上也都较好。但却也是造成钻头的损伤及除胶渣(Smear Removal)的困难。以下四式为一般在强碱催化下的 Resole 反应过程,其产品中醛的部份远多于酚,是目前单面纸基板的树脂主要成份:酚醛树脂早在 1910 年即由一家叫 Bakelite 公司,加入帆布纤维而做成一种坚硬强固绝缘性又好的材料,称为 Bakelite ,中文译为“电木”,在工业界已用了很久,连字典都已收录为正式的单字。

26、Opaquer 不透明剂,遮光剂
是指在板材树脂中加入的特殊化学品,令玻纤布与半透明树脂所组成的底材,具有一种不透光的效果。因当电路板在采用感光成像的绿漆时,其曝光制程将由于板材中遮光剂的作用,而阻止紫外光透过板材到达另一面去造成意外的曝光。这种 Opaquer 对于日渐增多的薄板尤其重要。Opacity 是指板材的“遮光度”系为“透光度”(Transmittance)的倒数。

27、Plasticizers可塑剂、增塑剂
是一系列的化学品,可添加在各式塑胶中,以提供产品之良好施工性、耐燃性、绝缘性。此等增塑剂分为原级和次级两类,原级者可与原树脂互溶而当成助剂,以改善其性质而达到某种标准;次级增塑剂的用途,则主要在协助原级并能达到降低成本的目的。

28、Ply层,股
指板材中玻纤布或牛皮纸的“层数”,有指也时绳索、导线、纤维等,系由两股或数股之“丝”(Filament)所并捻而成,其每“支”丝亦称为一股。

29、Polymerization聚合
指可进行聚合之较小分子之单体或团体等,在可控制的条件下,以线性方式首尾相连构成长炼状巨分子,谓之聚合。

30、Prepreg胶片,树脂片
是将玻纤布或白牛皮纸等绝缘性载体材料,含浸在液态的树脂中,使其吸饱后再缓缓拖出及刮走多余含量,并经过热风与红外线的加热,挥发掉多余的溶剂且促使进行部份之聚合反应,而成为B-stage的半固化树脂片,方便各式基板及多层板的叠置与压制。此Pregreg是由Pre与Pregnancy两字首所凑合(Coin)而成的新字。大陆业界对此译为“半固化片”。

31、Resin Content胶含量,树脂含量
指板子的绝缘基材中,除了补强用的玻纤布或白牛皮纸外,其余树脂所占的重量百分比,谓之 Resin content 。例如美军规范 MIL-P-13949H 即规定7628胶片之“树脂含量”须在35~50%之间。

32、Resin Flow胶流量,树脂流量
广义上是指胶片(Prepreg)在高温压合时,其树脂流动的情形。狭义上则指树脂被挤出至“板外”的重量,是以百分比表示。此法原被 MIL-P-13949 F所采用故亦称为 MIL Llow。自 1984年起美国业界出现一种新式的比例流量(Scaled Flow)试验法,理论上看来确比原来的“流量”更为合理。其详情可见 IPC-TM-650中的 2.3.17及 2.4.38两节。

33、Reversion反转、还原
指高分子聚合物在某种情况下发生退化性的化学反应,出现分子量较低的小型聚合物,甚至更分解成为单体(Monomer)之谓也。

34、Self-Extinguishing自熄性
在 PCB工业中是指基板材料所具有的耐燃性。从另一个角度去看,也就是当板材进入高温的火焰中引发火苗后,故意将火源撤走的情形下,板材会慢慢自动熄灭,此种现象可称已具有“自熄性”。由于商用板材树脂中多已加入耐燃的物质,如 FR-4 的环氧树脂中,即已加入 22% 的溴化物以达成其耐燃性。通常耐燃性的检验法则可按 UL-94 或NEMA LI 1-1989 两规范去进行。

35、Silane硅烷
是将有机烷类中的碳原子,换成硅原子而成的“拟烷类”。电路板材工业中,常在玻纤布经过烧洁后,为使其与环氧树脂有更好的结合力起见,在玻纤布外表进行一种硅烷化的表面处理,可使其介面间多一层能加强结合力的表层。这是一种化学结构力,可在两种性质迥异的物质之间,据以获致更强的亲合力。

36、Sizing上浆处理
从高温纺位 (Bushing)中所挤出的玻璃丝(Filament),须先做“上浆处理”才能纺制成纱束 (Yarn)。而经纱与纬纱在织成玻璃布(Cloth or Fabric) 之前,还要再做一次“浆经”才能织布。其原理与一般衣着纺织品并无二致,目的在减少丝与纱彼此之间的磨擦损坏。完成织布后则还需在高温执行两次“烧浆”以除去浆料,然后于清洁的玻璃布上另做“硅烷”偶合处理层,才能含浸树脂,玻纤布与树脂间的接着力也才得以强化。sizing

37、Slashing浆经
指玻璃布在经纬交织以前,其经纱(Warp)部份需在连续牵引平面并拢后,以其全幅的宽度浸渍通过于特殊配方的浆料 (Size) 槽液中,希望各支纱束的外表都能沾附上一薄层浆料,以减少后来纬纱穿梭织过时的摩擦损伤。对玻璃纱而言,此词比Sizing更专业,且此种表面处理层是临时性的,只是为了织造时的方便而已。待玻纤布织成后,还要在高温中把浆料烧掉,称为 Fire Cleaning“烧洁”,以便使玻纤布能接受另一次的“硅烷”处理 Silane Treatment,令玻纤布与树脂之间有更好的结合力。

38、Strand绞
是指由许多股单丝 (Filament)所集束并旋扭而成的丝束,称为“绞Strand”,一般与“纱Yarn”可通用,不过有时纱是再由绞所“并捻”(Ply)而成的。在电路板工业中多指玻纤布中的纱束,也用于一般电子业之金属导线上。

39、Synthetic Resin合成树脂
指由聚合方式所合成的树脂,或将天然树脂再予以化学处理而具有水溶性,进而可改质或改型成为所需性能的各种有机材料,皆称为合成树脂。

40、Tetrafunctioal Resin四功能树脂
广义是指每个聚合物的小“分子”单元中具有四个反应官能基者,由其所形成的环氧树脂则称之“四功能树脂”。电路板业狭义是指具有四个反应基的环氧树脂,这是一种刻意染成黄色的基材,其 Tg 可高达 180℃,尺度安定性也较 FR-4 好。目前业界所使用者系由10%四功能,另配合90%的双功环氧树脂组成淡黄色品。此种板材不但成本增加不多售价不变外,且原来FR-4板材所惯用的生产设备也仍然用无须换机。此种“四功能”板材的Tg比原来的FR-4高约10℃,尺寸也较稳定,对薄板甚为有利。

41、Thermoplastic热塑性
指高分子塑胶类,受到高温的影响会软化而具有可塑性,冷却后又会变硬。这种可随温度做反复软硬之变化,而本质却甚少改变之特性,谓之“热塑性”。常见者如PVC或PE等皆属之。

42、Thermosetting热固性
指某些高分子聚合物,一旦在高温中吸收能量而架桥硬化后,即固定成型不再随温度升高而软化可塑,谓之“热固性”。此类聚合物以环氧树脂最为常见,电路板材皆属此类。

43、Treament,Treating含浸处理
在电路板工业中专指在胶片(Prepreg)生产时,其玻纤布或牛皮纸等主材之树脂含浸工程。即先将卷状主材连续慢速拖过树脂的溶液槽,再通过红外线及热风的长途连续烤箱,迫使其中溶剂挥发掉并同时供给热能,使树脂产生一部份的架桥聚合反应。此种整体连贯制程之正式名称为“Impregation Treatment”,而其大型生产设备则称为“处理机”(Treator)。FR-4环氧树脂之胶片是采用直立式 Treator (高达13米左右),而CEM-1、 CEM-3及酚醛纸板等,则多采平卧式 Treator(长达100米)。

44、Varnish清漆、凡力水
树脂之液态(如环氧树脂) 单体,经特殊调配混合妥当后,可做为牛皮纸或玻纤布等补强材料之“含浸”材料,再经热风吹干与初步聚合后,即成为半硬化之胶片。这种液态之树脂单体,术语称为 A-stage之Varnish。

45、Volatile Content挥发份含量
在电路板工业中是指胶片 (Prepreg) 所含的挥发份而言。一般板材最权威的规范 MIL-S-13949H 在其 4.8.2.4 节中指定,须按 IPC-TM-650 的 2.3.19 检验法对挥发份进行测试,其做法为:* 在室温环境中,将4吋见方的胶片试样,进行 4小时以上的稳定处理。* 在天平上精称试样到0.001 g的精度。* 将试样以钩孔方式悬空挂在 163±2.8℃的烤箱中,烘烤15±1分钟。* 取下试样在干燥器中冷却到室温后再精称之,其计算如下:挥发物含量%=(前重-后重)/前重×100再按13949H之 3.1节所指定“规格详单”(Specification Sheet)编号MIL-S-13949/12B(1993.8.16发布)中的规定:各种胶片“挥发份”之上限值为 0.75%。通常由于胶片中挥发物之沸点甚高,故一旦当挥发份太高时,即表示其中之水份含量也可能很高,如此一来也可能导致压合中的“流胶”量(Flow)太大,故良好胶片的挥发份应维持在 0.5%左右。

46、Warp Size浆经处理
Warp原本意思是指布材中的经纱(Warp Yarn),通常在纬纱(Fill Yarn)穿梭交织之前,经纱应完成整理而成为平行的纱束。且尚须进行“上浆”处理(Sizing Treatment),使在交织过程中减少各纱束之间的摩擦损坏。又,所购入的原纱(如玻纤纱),需先加以整理成为间距相等,且相互平行可用的“经纱”,这种整理经纱的机器称为Warper。

47、Waviness波纹,波度
指玻纤布表面高低起伏不平之情形。

48、Weft Yarn纬纱
与 fill 及 Woof 同义,是指玻纤布或印刷用网等织物中,其长度较短且纱数较少之横向织纱,称为“纬纱”。以 7628 为例,其每吋中的经纱是 44 支,而纬纱只有32支。

49、Working Time (Life)堪用时间
指各种接着用途的胶类,当原装容器开封后,或两液型环氧树脂类经调和后,在其变质失效前,可用以施工的寿命长短,称为“Working Time”。

50、Yarn纱,线
指由多支的单丝(Filament)或单纤丝(Fiber),所集合组成的细长线体而言,有时可与Strand(丝束;股)通用。 BDMA Benzyldimethylamine ; 苯二甲基胺是用于FR-4板材之环氧树脂,为其生胶水配方中所加入的“加速剂”。BT Resin Bismaleimide Triazine Resin ; “又顺丁烯二酸醯亚胺/三氮 ”之复合树脂为一种暗棕色的高功能树脂,系日本“三菱瓦斯”公司在1980年所研发成功的,可与玻纤布组成优良的板材。其Tg在180~ 190℃之间,尺度安定性很好,不过价格也比FR-4贵的很多。TGA Thermalgravimetric Analysis; 热重分析法 (是对板材树脂的分析法) TMA Themal Mechanical Analysis; 热机分析法(是对板材树脂的分析法) Tg Glass Transition Temperature ; 玻璃态转换温度是板材树脂中的重要性质,指由树脂常温坚硬的玻璃态,在升温中转换成柔软橡皮态的关键温度。 Tg愈高表示板材愈耐温而不易变形,其尺度安定性 (Dem- ension Stability )也将愈好。

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