混合材料压合电路板翘曲的研究

摘 要 通过碳氢化合物/陶瓷基材料（HydraCarbon/Ceramic）与FR-4材料混压实验，对混合材料压合电路板翘曲的三个因素：线路层的残铜率、高频材料与FR-4材料的芯板厚度差、FR-4材料的Tg值，进行全因子试验设计进行系统的研究，发现这三个因素与混合材料压合电路板翘曲的相关性。

关键词 碳氢化合物/陶瓷基材料；高频；混压；翘曲

中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0057-01

随着电子通信技术的发展，通讯频率越来越高，而高频信号传输，需要采用低介电常数（Dk）、低介电损耗（Df）但价格昂贵的特殊材料，这些材料有氰酸脂、聚四氟乙烯/陶瓷基材料（PTFE/Ceramic）、碳氢化合物/陶瓷基材料（HydraCarbon/Ceramic）等高频材料，通常，这些高频材料的价格都比较昂贵，而降低成本是客户提高产品竞争力的一种重要手段，因此，客户在PCB结构设计上采用混合材料的叠层结构，即必要的信号层采用高频材料以满足信号传输的需要，其他线路层采用常规玻璃纤维环氧树脂FR-4材料，我们称之为混合材料压合电路板。这样的设计对成本控制极为有利，但也给电路板的生产过程带来了其他的一些问题，其中的一个突出问题是电路板在多次焊接贴装电子元件的过程中出现翘曲，造成虚焊、漏焊、无法继续装配等问题。

引起混压结构电路板翘曲的根源在于高频材料与FR-4材料在层压过程中的涨缩比例不同[1]，影响材料涨缩的因素有：各线路层的残铜率、高频材料与FR-4材料的芯板厚度差、FR-4材料的Tg值。本文主要通过碳氢化合物/陶瓷基材料（HydraCarbon/Ceramic）+FR-4混压板件实验，对这三个因素进行系统的研究，以期为解决混压板件的翘曲提供一些思路。

1 实验设计

1）叠层结构。

############### 1/2层高频材料 0.762 mm（碳氢化合

物/陶瓷基，第1、2层均为高残铜率）

=============== FR-4半固化片2116 RC52%

=============== FR-4半固化片2116 RC52%

############### 3/4层FR-4材料芯板

2）因子与水平设计。

表1

因子

水平 FR-4材料Tg值 FR-4材料芯板厚度/mm FR-4材料层线路的残铜率

① 低 0.43 0.15

② 高 0.6 0.85

设计L23全因子试验。

2 试验结果及数据分析

1）全因子试验的结果，见表2。

2）各因子主效应分析。

FR-4材料Tg值的效应为0.1033，FR-4材料芯板厚度的效应为-0.6138，FR-4材料层的残铜率的效应为-0.8372，这说明：材料Tg值对翘曲无明显影响；R-4材料层的残铜率、芯板厚度对翘曲有明显影响，且均为负相关性。

表2试验

编号 FR-4板料Tg/℃ FR-4材料芯板厚度/mm FR-4材料层的残铜率 翘曲度/mm

A ① ① ① 2.183

B ② ② ① 2.1

C ② ① ② 1.905

D ① ① ② 1.778

E ① ② ② 1.041

F ① ② ① 2.03

G ② ② ② 0.84

H ② ① ① 2.6

图1

图2

芯板厚度影响翘曲度的原因在于0.43 mm芯板使用2张7628型玻璃纤维布，0.60 mm芯板使用3张7628型玻璃纤维布，2张7628的收缩比3张7628大，因而翘曲度更大。残铜率影响翘曲度的原因在于铜面对芯板的具有束缚作用，减少FR-4材料芯板的收缩，使得FR-4材料的收缩程度与陶瓷基材料接近，从而减少两种芯板的应力差，达到降低翘曲度的效果。（图1）

3）各因子交互效应分析。

通过计算，FR-4材料Tg值*FR-4材料芯板厚度的交互效应为-0.1687，FR-4材料Tg值*FR-4材料层的残铜率的交互效应为-0.1403，FR-4材料芯板厚度*FR-4材料层的残铜率的交互效应为-0.2872，FR-4材料Tg值*FR-4材料芯板厚度*FR-4材料层的残铜率的交互效应为0.0048，且交互作用P值未出现，这说明：三个因子之间无明显的交互作用。

交互作用图显示：在低残铜率情况下，普通Tg的翘曲度比高Tg的小；在高残铜率的情况下，两者的无明显区别；无论在何种情况下，用厚芯板的翘曲比薄芯板的小，在高TG材料方面更加明显。（图2）

3 结论

本文通过对残铜率、芯板厚度、材料Tg值三个因素进行全因子设计试验，确定残铜率、FR-4材料芯板厚度对于碳氢化合物/陶瓷基材料（HydraCarbon/Ceramic）+FR-4混压板件的翘曲具有明显的影响作用，此类板件在资料设计时可根据本文的试验结论进行优化设计，以避免翘曲影响板件的焊接使用。

参考文献

[1]华炎生，朱兴华，等.PTFE高频混压板问题解析[J].印制电路信息，2010（S1）