欧盟为无铅印刷线路板材料颁布的危害物质禁用指令（RoHS）是非常有意义的，但是也相应的影响到电路板的设计和制作。例如，含铅焊锡比无铅焊锡熔点更低。无铅焊锡的典型峰值焊接温度为260摄氏度。这就造成PCB材料必须在无铅焊接处理和返工中承受更高的温度。为了更好的解决选择适合无铅工艺PCB的挑战，首先，我们需要理解在温度升高之后PCB板材发生了什么变化。

 层压电路在高温下面临的一个主要隐患是是否能保持铜箔和介质间足够强的结合力。这个结合力有可能会在暴露于更高的温度或者加工过程中温度梯度变化时减小。良好的铜箔介质结合力是PCB可靠性的基本要求。另一个担忧是多层板结构PCB在面对更高的和变动的温度时的电气和机械稳定性。

 通常，一个多层板结构会由多种介电材料混压而成。在高温无铅焊接处理中，罗杰斯公司的RO4000材料是一种极受欢迎的高性能材料。它经常会和耐高温FR-4级材料一同压合，用来传输多层板中要求不高的信号。RO4000系列材料包括RO4003C、RO4350B层压板和与其配套的半固化片。

 使用无铅焊接技术混压不同的材料，比如RO4000和FR-4，会有怎样的危险呢？我们可以从评估温度是如何影响不同PCB材料中找到答案。

 高频线路板材料的供应商通常会提供大量的数据表来描述产品的电气和机械特征。其中的一些参数也被用来评估一个层压板电路对无铅焊接处理的适用性，包括玻璃态转化温度（T_g），z轴热膨胀系数（CTE）分解温度（T_d）和材料在特定温度下抵抗分层的时长。PCB材料必须明确的是它可以在较高温度下承受多少次回流焊，以及多次温度循环是否会对材料产生附加的不良影响，比如说降低了镀通孔的可靠性。

 Tg是指在此温度下，材料将会发生从坚硬到软化的转化。尽管它是一个评估材料热稳定性的有用参数，但是对于材料无铅焊接适用性而言，它并不是一个好的指标。通常适用于无铅焊接的线路板材料其Tg需大于+175°C，然而FR-4类的材料Tg范围已经在+125°C到+220°C之间。与此相对的，RO4003C和RO4350B层压板的Tg均大于+280°C（由差式扫描量热分析DSC测得）。

材料的分解温度Td是指，在一个稳态温升中，当材料质量减少5%时候的温度。该温度会对材料造成永久性不可逆的热降解，同时会伴随其他影响，包括起泡、白斑、分层甚至完全失去铜箔和介质的结合力。应用于无铅焊接的高Tg FR4类材料的Td通常在+300°C到+350°C之间，与此相对的，RO4000材料Td通常在+390°C到+425°C之间。

 材料的z轴CTE是另外一个与温度密切相关的参数，可以被用来阐明材料在高温下的预期表现。它是指在特定温度区间内，由于温度变化所导致的材料厚度的变化（以每百万分之一ppm计算）。它与镀通孔的可靠性有直接的相关性，CTE越低镀通孔可靠性越高。例如，RO4000材料在-55°C 到+288°C区间内，典型的z轴热膨胀系数为46 ppm/°C或者更低。在无铅焊接中，关于CTE的一个主要隐患是当温度接近甚至超过材料Tg值时， CTE是否会相较于在特征温度区间内有明显的升高。

 不仅仅是高温会影响无铅焊接处理中使用的PCB材料性能，温度改变和循环的次序同样也是一大隐患。高温和温度循环同样会削弱层压板铜箔和介质的结合力，通常会导致分层。PCB材料会根据其在不同温度所需的分层时间来描述其高温性能，比如说T-245是在温度为+245°C时的时间，T-260是在+260°C时的时间。分层的端倪通常是材料发生起泡、白斑和空洞现象。对于使用在无铅焊接处理中的材料，T-260要求为30分钟、T-288为10分钟。

 为了检验RO4000材料对高温无铅焊接处理的适用性，我们使用0.125英寸厚度RO4000进行T-288测试。测试包括在+288°C的熔炉下保持90分钟，接着取出进行评估。对样品的纵切面进行检测未发现任何缺陷，然后放回炉中再次进行T-288 90分钟测试，对纵切面进行切片分析也未发现任何缺陷。对照组试验中，高Tg（+175°C）FR-4类材料同样被置于+288°C的熔炉中来检测他们的T-288数值。这些拥有+300°C到+350°C降解温度（Td）的所谓耐高温材料，在10分钟之内就发生了明显的分层现象。

 高Tg FR-4类材料在多种关于温度循环的研究中表现都不出色，而温度循环经常见于PCB改板过程。比如，材料的的铜箔剥离强度在温度高于+150°C时会急剧下降。这是一个测试材料返工性能的相当标准的测试，虽然无铅焊接返工的温度大于+370°C。

 相对的，对RO4000系列材料进行的返工性能测试是通过模拟典型电子元器件的返工进行的，例如，使用锡银铜焊锡膏，在+365°C的峰值回流焊温度下，把电容和电阻焊接在电路板上。线路板可以经受三次回流焊，期间使用了多种拔取方法，包括烙铁头、烙铁夹具、热风机、红外加热和对流加热烤箱。重新贴装时使用烙铁在+371°C下进行。简单的来说，RO4000材料通过了三次回流的考验。当高Tg FR-4类材料按照同样的返工工序进行回流焊测试时，一些甚至在第一次焊接时就失败了，绝大部分在第二次时也失败了。

 总的来说，为了应对模拟多层板结构加工的压力，RO4000材料进行了种类繁多的热冲击测试。在这些测试均使用了不同的测试温度梯度和较长的温度停留时间。无论芯板厚度、半固化片、铜箔类型、多层板厚度和孔径如何变化，使用这些材料制作的电镀通孔多层板都甚至可以在经受了1000次-55°C到+125°C的热冲击循环后，依然保持良好的机械和电气性能。

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