PCB板材的TG值_基材_板材

我们提交PCB生产数据准备打样，在板厂的在线打样计价页面里，会有一项关于板材的Tg值的选项，不同的Tg值会影响到终极的打样用度，换个角度讲便是你要为板材的Tg值付费，那这Tg值是什么,什么情形下须要为高Tg值板材额外付费呢？

业界长期以来，Tg值是最常见的用来划分FR-4基材的等级指标，常日认为Tg值越高，材料的可靠性越高。

比如下图老wu在南亚上边截取的关于FR-4板材的解释：

Tg135℃，板材用场：主机板、消费类电子产品等

Tg180℃，板材用场：CPU主板，DDR3 内存基板，IC封装用基板等等。

基材对付印刷电路板的浸染，就像印刷电路板对付电子器件的浸染一样主要。
按照PCB的基材按性子可分为有机基板和无机基板两个大的体系。

有机基板由酚醛树脂浸渍的多层纸层或环氧树脂、聚酰亚胺、氰酸酯、BT 树脂等浸渍的无纺布或玻璃布层组成。
这些基板的用场取决于 PCB 运用所需的物理特性,如事情温度、频率或机器强度。

无机基板紧张包括陶瓷和金属材料，如铝、软铁、铜。
这些基板的用场常日取决于散热须要。

我们常用的刚性印制板基板属于有机基板，比如FR-4环氧玻纤布基板，因此环氧树脂作粘合剂，以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板。

我们看到，FR-4以环氧树脂作为粘合剂，树脂材料有一个主要特性参数：玻璃化转变温度Tg（glass transition temperature），指的是材料从一个相对刚性或“玻璃”状态转变为易变性或软化状态的温度转变点。

玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互可逆转化的温度。
啥意思？便是说FR-4基板的粘合剂环氧树脂若温度低于Tg，这时材料处于刚硬的“玻璃态”。
当温度高于Tg时，材料会呈现类似橡胶般优柔可挠的性子。
对！
它~变【软】了~ o(￣︶￣)o

玻璃态

树脂材料处于温度Tg以下的状态为坚硬的固体即玻璃态。
在外力浸染下有一定的变形但变形可逆，即外力消逝后，其形变也随之消逝，是大多数树脂的利用状态。

高弹态

当树脂受热温度超过Tg时，无定形状态的分子链开始运动，树脂进入高弹态。
处于这一状态的树脂类似橡胶状态的弹性体，但仍具有可逆的形变性子。

把稳，温度超过Tg值后，材料逐渐变软，是逐渐，而且只要树脂没有发生分解，当温度冷却到Tg值以下时，它还是可以变回之前性子相同的刚性状态。

氮素，有个Td值，叫热分解温度，树脂类材料被加热至某一高温点时，树脂体系开始分解。
树脂内的化学键开始断裂并伴随有挥发身分溢出，那PCB基材里的树脂就变少了。
Td点指的是这个过程开始发生的温度点。
Td常日定义为失落去原质量5%时对应的分解温度点。
但这5%对付多层PCB来说是非常高的了。

我们知道，影响PCB上传输线特性阻抗的成分有，线宽，走线与参考平面间距，板材介电常数等等。
而基板材料的树脂量对介电特性有很大的影响，而且树脂挥发后对掌握走线与参考平面的间距也有影响。

对付无铅焊接工艺须要考虑这个Td值，比如传统的锡铅焊接工艺温度范围为210~245℃，而无铅焊接工艺温度范围为240~270℃。

下边两个这个截图是老wu在建滔官网高下载的两份板材的参数表做的比拟，左边的是FR-4常规系列板材，右边是FR-4无铅板材

常规FR4 板材 KB-6160 Tg值为135℃，5%质量丢失Td值为305℃

FR4无铅板材 KB-6168LE Tg值为 185℃，5%质量丢失Td值为359℃

我们看到，常规FR4板材的Td值都在300℃以上，而有铅焊接工艺温度范围在240~270℃，Td值完备知足哇，为啥还要搞个无铅版本呢？

正如老wu上边所述，5%的树脂质量挥发率对付须要掌握阻抗的多层PCB来说显得太大了，对付锡铅焊接工艺来说，210~245℃的温度材料基本不会涌现明显的热分解，而无铅焊接的240~270℃温度区间，对付普通Tg FR-4 基材来说，已经开始丢失1.5~3%的树脂质量。
虽然不到IPC标准所哀求的5%，但这丢失的树脂质量也不可忽略。
同时，这个分解水平，还可能会影响基材长期的可靠性或导致焊接过程中涌现分层或空洞的毛病，特殊是须要多次焊接的过程或存在返修加热的情形。

以是，如果采取无铅焊接工艺的话，除了考虑Tg值，还要重点考虑Td值。

基板材料的性能在Tg值以上和在Tg值以下时差异很大，不过，Tg值一样平常被描述为一个非常精确的温度值，比如Tg135，并不是说温度一超过135℃基板就变得软趴趴，而是当温度靠近Tg值开始，材料的物料性能会开始改变，它是一个逐步变革的过程。

树脂体系的Tg值对材料的性能影响紧张有两个方面：

热膨胀的影响

树脂体系固化韶光

板材受热膨胀，脑补一下画面，SMT焊接时BGA焊盘的间距是不是也就随着变革了？而且，热膨胀导致的机器应力，会对PCB上的走线和焊盘的连接造成细微的裂纹，这些裂纹可能在PCB生产完毕末了的开/短路测试时不会被创造，而在SMT等二次加热后故障就显现出来了，这每每让人很懵逼，而最糟糕的情形是，SMT加热时暗病都没涌现，在产品出去之后，在冷热交替的利用环境中，板材的受热膨胀让这些细微的裂纹随机性的发生，造成设备故障。

基板材料热性能参数除了标准Tg、Td值，还有热膨胀系数CTE，有X/Y轴方向的CTE也有Z轴方向的CTE。

Z轴的CTE对PCB的可靠性有很主要的影响。
由于镀覆孔贯穿PCB的Z轴，以是基材中的热膨胀和紧缩会导致镀覆孔扭曲和塑性形变，也会使PCB表面的铜焊盘变形。

而SMT时，X/Y轴的CTE则变得非常主要。
特殊是采取芯片级封装（CSP）和芯片直接贴装时，CTE的主要性更为突出，同时，X/Y轴的CTE也会影响覆铜箔层压板或PCB的内层附着力和抗分层能力。
特殊是采取无铅焊接工艺的PCB来说，每一层中的X/Y轴CTE值就显得尤其主要了。

那么，是不是高Tg值的基材便是好呢？在关于Tg值的许多谈论中，每每认为较高的Tg值总是对基材有利的，但情形也并非总是如此。
可以确定的是，对付一种给定的树脂体系，高Tg值基材在受热时的材料高速率膨胀开始韶光要相对晚一些，而整体膨胀则与材料的种类有很大关系。
低Tg值的基材可能会比高Tg值的基材表现出更小的整体膨胀，这紧张与树脂本身的CTE值，或者树脂配方中加入无机填料 降落了基材的CTE有关。

同时还要把稳的是，有些低真个FR-4材料，标准Tg值是140℃的基材比标准Tg值是170℃的基材具有更高的热分解温度Td值。
如上边老wu所述，Td对付无铅焊接来说是一个很主要的指标，一样平常建议选择Td数值较大的，而高真个FR-4每每同时具备高的Tg值和高Td值。

此外，高Tg值的基材每每比低Tg值的基材刚性更大且更脆，这每每会影响PCB制造过程的生产效率，特殊是钻孔工序。

比如某创就发帖子解释，随着板子越来越密，过孔与过孔之间的间隙越来越小，对付材料哀求越来越高，为此某创将供应TG=155的中TG板材为多层板收费做事！

为啥多收费？

为啥要供应中或高Tg板材，板厂那边说，缘故原由之一是由于高密的过孔，普通TG的过孔间距不能小于12MIL，而中TG不能小于 10MIL，由于板材有玻璃布，在钻孔的时候会有一些拉伤，两个过孔之间你拉一点我拉一点就形成了灯芯效应，而中TG由于硬，板材内的成份不一样，又加上用新钻咀能有效的戒备灯芯效应，后续对付难度高的多层板，过孔间间隙太密，某创会逼迫客选择用中TG板材生产！

缘故原由之二是基板的Tg提高了， 印制板的耐热性、耐湿润性、耐化学性、耐稳定性等特色都会提高和改进。
TG值越高，板材的耐温度性能越好，尤其在无铅喷锡制程中，高Tg运用比较多。

这是从板厂的可制造性方面考虑，而如果是PCB装置采取无铅焊接工艺的话，还须要综合考虑玻璃化转变温度Tg、分解温度Td、热膨胀系数CTE、吸水率、分层韶光等等成分。