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作者:admin 来源:本站 日期:2019-11-24 07:43:26

  浅析 FR-4 覆铜板 CTI 的提高及测试 CTI improvement and test simply analyse of FR-4 深圳太平洋绝缘材料有限 陈正安 一. 前言 随着科技的发展 人类生活的安全性越来越广受社会的关注 为提高电子产品的 安全可靠性,特别对于在潮湿环境条件下使用的绝缘材料 如电机 电器等 安全可靠 性,高 CTI(comparative tracking index)电子产品的生产工艺研究 势 FR-4 覆铜箔板作为电子产品的基板 已成为科技发展的趋 在电子产品中起着重要作用;另外 CTI 性能 v)两项电气性能 在一定程度上可用来反映表面电阻率( s)和体积电阻率( 故高 CTI 产品 FR-4 将成为未来覆铜箔板研究的一个重要发展方向 二. CTI 的原理 CTI 即耐漏电起痕指数 系指在绝缘表面有电位差的部位形成形成碳化导电通路 使之失去绝缘性能的现象 它是高分子绝缘材料当其表面受到带正负离子溶液污染物 的污染时 当外加一定电压作用下其表面的泄漏电流比干净的表面要大得多 根据产 生的热量 Q=电流 I 的平方 电阻 R 当泄漏的电流增大时,该泄漏电流所产生的热量增 加 蒸发潮湿污染物的速度加快 使高分子材料表面形成不均匀的干燥状态 导致绝 进 缘表面形成局部干燥点或干燥带 干区使表面电阻增大 这样电场就变得不均匀 而产生闪络放电 在电场和热的共同作用下 促使绝缘材料表面碳化 碳化物电阻小 促使施加电压的电极尖端形成的电场强度增大 循环 直到引起施加电压的电极间表面绝缘破坏 三 工艺解决的关键 目前 传统配方的 FR-4 覆铜板的 CTI 值一般低于 250V 即 级以下 ,导致传统 因而更容易产生闪络放电 形成导电通道 如此恶性 产生漏电起痕 的 FR-4 覆铜箔板低 CTI 的原因可能有以下几方面: 3.1 传统环氧树脂中的卤元素含量过高 目前所供环氧树脂溴含量一般在 18-20% 左右 虽然对板材的阻燃性起到了一定的提高 但如此高的卤元素含量即不利于环保 也会使覆铜板的 CTI 值相对降低 这是由于高分子材料环氧树脂中的低分子卤元素含 量过高 不利于玻璃布中处理剂与环氧彼此之间的偶联作用 从而使 CTI 值降低 为 提高 CTI 值可将其改用低卤素或无卤素环氧树脂 从试验可知 低卤素或无卤素环氧 树脂对改善 CTI 值有较大好处 掺用量越多 其 CTI 值相对会越高 见图 1 但由于 目前低卤素或无卤素树脂价格相对较高且加入太多会影响板材的阻燃特性(见图 2) 一 般覆铜板制造商应根据所需达到 CTI 值适当掺用低卤素或无卤素树脂并保证阻燃达到 标准要求 无卤素环氧与CTI关系 350 300 V 250 200 150 100 50 0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 加入量 70% 80% 90% CTI值 图1 无卤素环氧与阻燃关系 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 图2 3.2 传统的 FR-4 覆铜箔板配方一般不加富氧无机填料或无机阻燃剂 加入量 者快于后者时 其漏电起痕指数相对降低 为使两者相差较少 水合物 这是由于在高温下 无机水合物会发生如下反应 CO 平均阻燃值 S 高分子材料的电痕化是由两个相对过程所决定的 即碳的形成和碳的挥发 当前 通常加一些富氧无机 从而降低单体碳的形成 RXOY.H2O + C + RXOY +H2 由于无机阻燃剂具有耐高温性 加入无机阻燃剂是由于当高分子化合物被破坏时 能 阻碍了碳化通道的进一步发展 加入无机填料或无机阻燃剂理论上是越多较有利 但随着掺量的提高 胶液体系趋于不稳定 易沉淀 分层 于 CTI 的提高 见图 3 G-T 偏大 并影响生产工艺及板材性能 如导致板材织纹显露(texture exposure) 分层 delamination 剥离强度(peel strength) 浸焊(solder float)性能下降等 另外富氧无机填料 故需找一个适当配比 从而保证覆铜板的所有性能达到标准要求 或无机阻燃剂本身的粒径和纯度等对 CTI 值也有一定的影响 故对此应做出适当对比 选择 填料与CT I 关系 350 300 250 CT I值 V 200 150 100 50 0 10% 20% 30% 加入量 40% 50% 60% 图3 3.3 综合 3.1 和 3.2 为了达到一个所需 CTI 值的板材和保证产品各项性能符合标准, 一般在试验过程中应将无卤素或低卤素环氧与填料配合使用,找出适合的配比, 高可达 CTI 值 0 级 四 CTI 值的测试 目前 IPC 标准尚未对覆铜板 CTI 的测试方法和标准做出具体规定 但随着行业发 展越来越多的客户需对此提出要求 不久的将来一定会对此做出明确提出 根据美国 UL796 标准 对测试条件主要要求如下 名 称 电极 电极间距 溶液 溶液电阻率(23 ) 两个扁平铂电极 4.0 395 0.2mm 5 .cm 未特殊要求时一般要求 0.1%氯化氨溶液 主 要 测 试 要 求 液滴大小 试样厚度 试验条件 导通时间 CTI 值 20-23mm3 3mm 为佳 无风,室温 23 5 过流继电器通过 0.5A 持续 2S 断开 耐 50 滴时的承受电压 根据 UL746A 标准可知 CTI 的分级如下 0级 级 级 级 级 级 600V 及以上 -V 250-V 175-250V 100-175V 100V 以下 发现试验条件和样品处理等对测试结果亦有较大影响 现列举以 根据多年测试经验 下试验需注意事项: 1. 试样一定要用干净水将测试样品表面清理干净,这是由于如果表面导电物质较多 (如 Ca2+ Mg2+ 汗渍 油脂 手印或其他污物等),在两电极之间施加电压时,由于离 子的移动 容易形成导电通道 产生漏电起痕 从而使 CTI 值明显降低 2. 液滴体积一定要准确,过大的液滴会使 CTI 值有减小的趋势,这是因为在测试过程中 产生的电火花作为热源,使溶剂挥发,从而导致离子浓度增加,加快电极之间形成导电 通路,产生漏电起痕 3. 在测试过程中要时刻注意滴嘴,这是由于在测试过程中由于溶剂和碳化物的挥发份 会部分积聚在滴嘴周围,使滴出来的液体可能与之吸附在一起,从而导致不能完全按 设定时间间隔和液滴大小滴落于试样上,从而影响测试结果,当发现此类现象时应用 脱酯棉类擦试滴嘴 4. 电极一定要保持干净,常清洁,当单个测试完后(特别发生导通或起火时),电极上会附 着较多黑色碳化物质,在下次测试时一定要注意加强清理,以免影响测试结果 结束语 CTI 值将做为覆铜箔板行业一个新型要求的重要标准 步发展 促使我国覆铜板的安全性更上一层楼 必将推动我国覆铜板进一 参考文献 1 2 UL746/UL796 Underwriters Laboratories Inc. 酚醛模塑料耐漏电起痕性能改进方法的探讨及其应用 作者 朱永茂 刘勇 欧亚合成材料有限网站 作者简介:陈正安 男 1995 年毕业于湘潭大学化学工程专业 96 年开始一 直在深圳太平洋绝缘材料有限从事覆铜板行业
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