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1、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公司陈正安一.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已成为科技发展的趋势FR-4 覆铜箔板作为电子产品的基板在电子产品中起着重要作用;另外 CTI 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(v)两项电气性能故高 CTI产品 FR-
2、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进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
3、增大因而更容易产生闪络放电如此恶性循环直到引起施加电压的电极间表面绝缘破坏形成导电通道产生漏电起痕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%名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -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
4、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通常加一些富氧无机水合物这是由于在高温下无机水合物会发生如下反应从而降
5、低单体碳的形成RXOY.H2O+C CO+RXOY+H2加入无机阻燃剂是由于当高分子化合物被破坏时由于无机阻燃剂具有耐高温性无卤素环氧与CTI 关系05010015020025030035040010%20%30%40%50%60%70%80%90%100%加入量CTI值V无卤素环氧与阻燃关系01234567891010%20%30%40%50%60%70%80%90%100%加入量平均阻燃值S图 1 图 2 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -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于 CTI 的提高见图 3但随着掺量的提高胶
6、液体系趋于不稳定易沉淀分层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另外富氧无机填料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,找出适合的最佳配比,最高可达 CTI 值 0 级四CTI 值的测试目前 IPC
7、 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主 要 测 试 要 求电极两个扁平铂电极电极间距 4.00.2mm 溶液未特殊要求时一般要求0.1%氯化氨溶液溶液电阻率(23)3955.cm 填料与 CTI关系05010015020025030035010%20%30%40%50%60%加入量CTI值V图 3 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -液滴大小20-23mm3试样厚度3mm 为佳试验条件无风,室温 235导通时间过流继电
8、器通过0.5A 持续 2S 断开CTI 值耐 50 滴时的最高承受电压根据 UL746A 标准可知 CTI 的分级如下0 级 600V及以上级400-400V 级250-400V 级175-250V 级100-175V 级 100V以下根据多年测试经验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
9、,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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -CTI 值将做为覆铜箔板行业一个新型要求的重要标准必将推动我国覆铜板进一步发展促使我国覆铜板的安全性更上一层楼参考文献1UL746/UL796 Underwriters Laboratories Inc.2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 上海欧亚合成材料有限公司网站作者简介: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公司从事覆铜板行业名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -