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銅箔基板品質術語之詮釋Part-II──主編白蓉生先生1.抗撕強度PeelStrength(次重要)這是CNS的正確譯詞，而且早已行之有年。其典雅貼切足證前輩功力之高。可惜某些銅箔基板業者們不明就裡不讀正書，竟自做聰明按日文字面直接說成剝離強度，不但信雅達欠週，且欲待呈現之原義也盡失，雖不至背道而馳卻也頗乏神似而殊為遺憾。此詞是指銅箔對基材板的附著力或固著力而言，常以每吋寬度銅箔垂直撕起所需的力量做為表達單位。這當然不僅量測原板材的到貨(AsReceived)情形，也還要模擬電路板製程的高溫環境，熱應力，濕製程化學槽液等的各種折磨，以及耐溶劑的考驗，然後檢視其銅箔附著力是否發生劣化。之所以如此，實乃因線路愈來愈細密時，其附著力的穩定性(Consistency)將益形重要，而並非原板材銅箔附著力平均值很高就算完事。PC-4101/21就FR-4板材之此號規格單中，對該類基板之抗撕強度已劃分成三項試驗及允收規格，即：A.厚度17um以上之低稜線銅箔(LowProfile)，其測值無論厚板(指0.78mm或31mil以上)或薄板(指0.78mm或31mil以下)均需超過70㎏/m(或3.938磅/吋)之規格。B.標準稜線抓地力較強之銅箔（即IPC-CF-150之Grade1）又有三種情況(試驗方法均按IPC-TM-650之2.4.8節之規定)：(B-1)：熱應力試驗後(288℃漂錫10秒鐘)；薄板者須超過80㎏/m(或4.47磅/吋)，厚板者須超過105㎏/m(或5.87磅/吋)。(B-2)：於125℃高溫中；薄板與厚板均須超過70㎏/m(約4lb/in)。(B-3)：經濕製程考驗後；薄板須超過55㎏/m(或3.08lb/in)厚板須超過80㎏/m(或4.47lb/in)。C.其他銅箔者，其抗撕強度之允收規格則須供需雙方之同意。D.試驗頻度：按IPC-4101表5之規定，上述B-1項品質出貨時須逐批試驗，B-2項則三個月驗一次，而B-3項也是三個月驗一次。一般業者經常對抗撕強度隨便說說的8磅，係指早期美軍規範(MIL-P-13949)舊“規格單4D”中，對厚度1oz之標準銅箔之8lb/in而言，立論十分鬆散不足為訓。2.VolumeResistivity体積電阻率(不重要)係在量測板材本身的絕緣品質如何，是以“電阻值”為其量化標準。例如在各種DC高電壓下，測試兩通孔間板材的電阻值，即為絕緣品質的一種量測法。由於板材試驗前的情況各異，試驗中周遭環境也不同，故對本術語與下述之“表面電阻率”在數據都會造成很大的變化。例如軍規MIL-P-13949要求20mil以上的FR-4厚板材，執行本試驗前須在50℃/10﹪RH與25℃/90﹪RH兩種環境之間，先進行往返10次的變換，然後才在第10次25℃/90﹪RH之後進行本試驗。至於原在20mil以上的FR-4厚板材，則另要求在C-96/35/90(ASTM表示法，即35℃，90﹪RH，放置96小時)之環境中先行適況處理，且另外還要求在125℃的高溫中，量測FR-4的電阻率讀值。IPC-4101在其表5中對此項基板品質項目，要求12個月才測一次(由此可見本項並不重要)。每次取6個樣片，須按IPC-TM-650手冊之2.5.17.1測試法進行實做，而及格標準則另按各單獨板材之特定規格單。至於最常見FR-4之厚板(指0.78mm或30.4mil以上)經吸濕後，其讀值仍須在106Megohm-cm以上，高溫中試驗之及格標準亦應在103Megohm-cm以上。其實此種体積電阻率也就是所謂的比絕緣(SpecificInsulation)值，係指板材在三度空間各邊長1cm的塊狀絕緣體上，分別自其兩對面所測得電阻值大小之謂也。因目前基材板的技術已非常進步，此種基本絕緣品質想要不及格還不太容易呢，似無必要詳加追究。3.SurfaceResistivity表面電阻率(不重要)係量測單一板面上，相鄰10mil兩導体間之表面電阻率。不過當板材的事先適況處理與試驗環境不同時，其之測值亦有很大的變化。本試驗前各種板材所應執行的10次適況前處理，則與前項体積電阻率之做法相同，而125℃的高溫中試驗也按前項實施。IPC-4101亦將此項目收納在其表5中，測試方法與12個月測試之頻度，也與前項完全相同。早年樹脂的生產技術自然不如目前遠甚，時常擔心樹脂或玻纖布中夾雜有離子性的殘渣，一旦如此將造成板材絕緣品質的劣化，是故早年的老舊規範中，都加設了上述兩項絕緣品質之電阻率規格。然而基材板中若要12個月才測一次的品質項目，又能對每天大量出貨的PCB工業有何幫助？有什麼把關的必要？真是天曉得!想必此等可有可無不關痛癢的陋規，將來遲早會被取消而成為歷史。4.MoistureAbsorption吸濕率(又名WaterAbsorption)(次重要)此項品質係訂定於IPC-4101之表5，須每三個月取4個樣板去做試驗。又按IPC-4101/21對FR-4基板的規定，厚度低於0.78mm(30.5mil)的薄板要求吸濕率不可超過0.80﹪；30.5mil以上的厚板則須低於0.35﹪。至於測試方法，則應按IPC-TM-650手冊之2.6.2.1方法去進行。其做法是裁取2吋X2吋的樣板，板邊四面都要用400號砂紙小心磨平，再將兩面銅箔蝕刻掉，洗淨後放置在105℃-110℃烤箱中烘烤1小時，取出後於乾燥皿中冷到室溫，再精稱其重量到0.1mg。之後的吸水實驗也很簡單，即將樣板浸在23℃±1℃的蒸餾水中24小時。取出後立即擦乾並立即精秤即可。4.1原理詮釋：理論上純水是不導電的，若板材吸水後應不致造成絕緣品質的劣化，或出現漏電的缺失。當然若所吸到的是不純的水，自然會影響到板材的絕緣品質。但讀者們卻不可忘記，水分子是一種極性頗強的化合物，其相對容電率(εr.即老式說法的介質常數Dk)高達75，故板材吸水後所製作的多層板傳輸線，必然會造成訊號傳播速率(Vp)的降低，原理從MaxwellEquation:Vp=C/√εr中可得其詳。(Vp：訊號之傳播速度、C：光速、εr：訊號線周圍介質之相對容電率)其次是板材所可能吸到水份，當然不可能是純水，何況鑽孔鍍孔以及眾多的溼式流程，怎麼可能會不吸入離子性漏電的物質？是故有了水後“玻纖絲陽極性漏電”之缺失(CAF；ConductiveAnodicFilament)就難免不會發生了。而且吸了水的板材遇到瞬間高溫焊接或噴鍚時，必然會產生爆板的惡果，這就是對基材板嚴格要求吸水率夠低的三種主要原因。目前由於樹脂配方技術與膠片含浸工程的長足進步，一般商品板材之吸水率都遠於規格值的數十倍以下，換句話說吸水率早已不是問題了，除非規格值再嚴加降低，或改用壓力鍋試驗(PCT;PressureCookerTest)更嚴酷的做法，才會面臨挑戰。5.DielectricBreakdown介質崩潰(次重要)係刻意不斷提高AC測試之電壓至50KV以上，以觀察厚板材中相距1吋之兩插孔電極，其崩潰打穿的起碼電壓值為何。按IPC-4101表5的規定，此項品質亦係三個月測一次，每次取三個樣片。至於IPC-4101/21對FR-4原板之及格標準，則另訂定下限為40KV。其試驗法係按IPC-TM-650之2.5.6B法(1986.5)去進行。所取無銅箔之樣板其大小為3吋X2吋(厚度在30.5mil以上)，沿其板長方向的中心線上，鑽出相距1吋而直徑各為188mil的穿孔兩個，並分別插入兩錐狀電極(其一為高電壓極，其二為接地極)，然後連以電纜一同浸於絕緣油槽中(如ShellDialAx即可)。再按上表以每秒調升500V之方式逐漸升高測試電壓，仔細觀察所發生之崩潰的情形，且記錄其三個數據及求平均值。但若並未出現崩潰時，即以其可調之最高電壓值為紀錄。6.FlexuralStrength抗撓強度(又稱FlexuralModulus抗撓模數)(不重要)6.1詮釋聚是指基材板所在承受多少重量之下，而尚不致折斷的機械強度。也就是說做成電路板後，可以承載多少元件而不變形的能力。換言之就是在測板材的硬挺性（StiffnessorRigidity），口語上似可說成“抗彎強度”或“抗彎能力”。板材若在本項之品質良好時，其板彎板翹也就低了。此“抗撓強度”的試驗方法，可按IPC-TM-650之2.4.4法（1994.12）去做，該法指出本項目是針對厚板而做，而厚板與薄板的分界卻是0.51mm（20mil），與現行分法（1997.12）的0.78mm（31mil）又有所不同。按品質管理的精神，當然是“後來居上”取代前者，故知此種基板硬挺性品質是針對31mil以上的厚板而言。6.2做法實際做法很簡單，是將板材自底面以“兩桿”支撐，再自頂面的中央以“固定寬度的重頭（Crosshead）”用力向下壓。該壓試機“之支撐跨距（Span）與下壓速度（SpeedofTesting）等數據，以及對應試驗板在長寬厚等尺度方面的關係，均按下表之規定：上述試驗機之支撐桿上緣與下壓重頭之下緣（Nose），均須呈現圓弧表面，樣板外緣亦須保持平整，不可出現缺口撕口等。試驗要一直用力壓下直到樣板斷裂為止。所得數據以“磅”或“公斤”為單位，再按樣板面積換算成“壓力強度”的PSI或Kg/M2，做為允收規格。IPC-4101/21中即已列入現行的允收規格長方向之下限為4.23X107kg/m2，橫方向之下限為3.52X107kg/m2。7.FlexuralStrengthatElevaltedTemperature高溫中抗撓強度(次重要)係為已搭載零件的板子，在高溫焊接中模擬其抗撓強度如何的試驗。實驗可按IPC-TM-650之2.4.4.1規定去做，是將樣板放在已有夾具的特定烤箱內，去進行壓試。該烤箱須能控溫在3℃以內，不同板材之溫度條件另有表格規定。所有做法與前項常溫者類同。此等板材高溫“硬挺性”之品質好壞，對表面貼裝（SMT）各種零件之焊點強度甚具影響力。目前各種小型手執電子機器的流行，連薄板也要考慮到本項品質了。不過由於樹脂在Tg方面的提高，與玻纖布的改善（如Asahi-Scwebel專利壓扁分散的玻纖布），使得本項品質也改善極多。8.ArcResistance耐電弧性(不重要)是對無銅箔之清潔厚板面上，以高電壓低電流（0.1A以下）的兩個鎢金屬平面之電極測頭，在0.25的跨距下，當開動測試機時即產生空中之電弧，不久即會自動消失於板材中。此時板材即將有電弧之軌跡（Tracksing）出現，於是記錄下空中電弧消失前所經歷的“秒數”，即為“耐電弧”的數據。21號規格單要求應在60秒以上。9.ThermalStress熱應力(次重要)係取2inX2in各種厚度之板材，有銅箔與無銅箔者分別試驗，也就是在288℃的錫池表面漂浮10秒鐘。洗淨之後在正常視力下（左右眼各為2.0/2.0）檢查板面之外觀，或另用4倍與10倍放大鏡觀察板面，是否出現炭化（Charing）、表面污染、樹脂損傷、樹脂變軟、爆板分層、起泡、織紋顯露、瑕疵擴大、白點、白斑與坑陷等缺點。至於有銅箔者則只檢查是否起泡或分層即可，此項品質與樹脂之Tg及板材吸水率有關。目視標準可參考IPC-A-600F之各種圖示。10.DielectricStrength介質強度(次重要)本詞又稱為ElectricStrength抗電強度，係量測板材在Z方向抵抗高電壓的能力。本項品質之衡量，是將已發生打穿（Failure）之直流電壓實測數據，除以板厚所得數據之volt/mil或volt/mm為單位。此項試驗只針對薄板（31mil以下）而做，實驗須按IPC-TM-650之2.5.6.2法（1997.8）去進行。21號規格單要求，及格標準之下限為2.90X104V/mm。11.ComparativeTrackingIndex比較性漏電指數此CTI是針對一般家電用品，或其他高電壓（110V,220V）電器品，所用單面基材板之品質項目。因不屬於電腦資訊或通訊之領域，故IPC-4101並未將之納入，反倒是國際電工委員會（IEC）已收納於其IEC-STD-112之中（電路板資訊雜誌