覆铜板三点弯曲试验与脆性表征研究_张君宝.pdf

印制电路信息 2023 No.1基板材料 Base Material 覆铜板三点弯曲试验与脆性表征研究张君宝 任树元 吴小连（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523429）摘要通过对样品弯曲试验获得的弯曲强度、弯曲弹性模量以及挠度研究发现：添加填料后样品弯曲弹性模量提高，但弯曲强度和挠度均下降。参考“覆铜板弯曲应力-应变模型”对不同树脂体系无填料样品测试结果分析发现，评判得出的韧性排序符合根据树脂结构理论以及实际应用结果的预判顺序。通过对弯曲试验的载荷-挠度曲线研究，提出了“弯曲断裂功”，它是弯曲试验中各特征量的综合表现，与“弯曲应力-曲线模型”类似，对脆韧性的评判有一定的可行性。关键词覆铜板；三点弯曲；弹性模量；挠度中图分类号：TN41文献标志码：A文章编号：20090096（2023）01002204CCL three points bending test and brittleness characterastic researchZHANG Junbao REN Shuyuan WU Xiaolian(Shengyi Technology Co.,Ltd.,Dongguan 523429,Guangdong,China)AbstractThrough the bending test of the samples obtained by bending strength,bending modulus of elasticity and the deflection of a study found that:After the filler added the sample bending elastic modulus is increased,the bending strength and deflection are reduced;of different resin systems fill the sample test results without reference CCL bending stress-strain model,judge come in line with the sort of toughness resin structure in accordance with the theory and practical application of the results of the pre-sentence order.Bending test of the load-deflection curve of the study bending fracture energy is,it is the bending test in the overall performance characteristics,and bending stress-curve model similar to the evaluation of the brittle-ductile certain feasibility.Key wordscopper clad laminate;three points bend;elastic modulus;deflection0引言覆铜板生产过程中，检验板材弯曲性能通常采用IPC-TM-650三点式加载法：将一定规格试样放置于两支座上，并在两支座的中间施加静弯曲力矩，使试样产生弯曲应力和变形；通过压力感应器、负荷及图形指示器测定试样在弯曲变形过程中的特征量，如弯曲强度、弯曲模量及载荷-挠度曲线。本文对各个样品的弯曲试验结果展开分析，探究其与材料脆韧性的关系。作者简介：张君宝（1981），男，工程师，硕士，主要研究方向为覆铜板与PCB技术。-22印制电路信息 2023 No.1基板材料 Base Material 1试验材料与设备1.1样品准备以S公司生产的不同型号FR-4覆铜板作为试验样品，分别取（A1、A2）、（B1、B2）、C1、C2、D和E这8种样品（见表1），其中括号内为同一树脂体系有/无填料的2种产品。在实际应用中，A1被评为加工综合性能最佳样品；在试验测试及实际应用中，E是最脆样品；D是随机加入对比的样品。从树脂结构理论及实际加工应用方面预判8种样品的韧性排序为A1A2B1C1DC2B2E。1.2测试方法与设备（1）测试仪器：德国ZWICK产Z005材料试验机；（2）测试参数：参考 IPC-TM-650 中弯曲强度，测试速度为0.76 mm/min，跨距25.4 mm，样品尺寸为76.0 mm25.4mm；（3）试验条件：（232）；（4）参考标准：IPC-TM-650，2.4.4层压板的弯曲强度（室温下）。2试验结果分析2.1弯曲强度测试与分析按照IPC-TM-650中的弯曲强度测试方法对各样品展开弯曲强度测试，测试数据按照下式计算，结果见表2。f=3PL2bd2（1）式中：f为试样的弯曲强度，MPa；P为试验过程中的最大载荷，N；L为跨度，mm，本试验所用的跨度为64 mm；b、d分别为试样截面的厚度和宽度，mm。Ef=pL34bd3（2）式中：Ef为试样的弹性模量，MPa；p为在负荷挠度曲线的线性部分选点的负荷，N；为负荷相应的挠度，mm。2.1.1样品经纬向弯曲性能对比经向样品的弯曲强度和弯曲弹性模量均大于纬向弯样品，这与摆锤冲击情况相似，与覆铜板样品的经纬纱密度有关。2.1.2同树脂体系，有无填料样品弯曲性能对比对于A1与A2，以及B1与B2这2组样品，无填料样品的弯曲强度大、弯曲弹性模量小，且挠度更大，而C1与C2这组样品弯曲强度和挠度基本一样，但 C1的弯曲弹性模量小于 C2。根据弯曲应力曲线模型分析可得，无填料样品相对属于“D”型（硬而韧），含填料样品相对属于“B”型，即韧性排序为无填料样品有填料样品。2.1.3不同树脂体系，无填料样品的弯曲性能对比无填料不同树脂配方样品的弯曲强度排序为A1B1C1，对应的弹性模量大小排序为A1B1B1C1，依据弯曲应力曲线模型评判A1属于“D”型（硬而韧），C1相对属于“B”型（软而脆），B1处于两者中间，三者韧性排序为A1B1C1。在 实 际 印 制 电 路 板（printed circuit board，PCB）加工应用中，A1韧性最好，B1次之，C1最差，上述结果符合不同样品理论韧性推断及实表1试验样品参数编号A1A2B1B2C1C2DE类型DICY固化普通Tg覆铜板DICY固化普通Tg覆铜板PN固化中Tg高耐热覆铜板PN固化中Tg高耐热覆铜板PN固化高Tg高耐热覆铜板PN固化高Tg高耐热覆铜板PN固化高Tg改良型覆铜板PN固化Halogen-Free覆铜板填料含量无20%无20%无20%20%18%Tg值/140140150150170170175140 注：板材厚度为1.6 mm，由8张7628玻璃纤维布叠构而成；DICY为双氰胺；PN为Phenolic酚醛；Tg为玻璃化转变温度。表2样品弯曲试验结果样品A1A2B1B2C1C2DE弯曲强度/MPa经向636.97495.89569.48433.52521.11509.72518.06425.62纬向497.96424.01443.39408.25415.94427.11451.41347.14弯曲模量/MPa经向22 022.923 447.822 319.925 14522 60523 852.323 254.324 573.0纬向18 385.220 179.318 747.322 015.419 228.620 332.120 446.118 630.4挠度/mm经向1.871.451.561.151.551.501.411.14纬向1.771.461.451.251.431.491.441.17-23印制电路信息 2023 No.1基板材料 Base Material 际加工韧性表现。2.1.4样品弯曲性能对比根据样品弯曲试验的测试结果进行经纬向综合排序，见表3。A1B1C1E符合预期判断，但其他样品的韧性排序并不明显。由表1可知，A2、C1、C2、D等样品的各项测试值差异很小，含填料样品因其填料种类和树脂体系不同，填料与树脂的共混性能有差别，玻纤布层间黏合力差异等对其弯曲性能均有很大影响，需要从更多角度进一步判断。2.2应力-应变曲线分析在加载过程中，三点弯曲试验样品的应力-应变的曲线如图1所示。覆铜板常温下处于玻璃态（硬而脆），因此应力应变过程未出现屈服点。在高聚物拉伸试验应力-应变曲线理论中，当B1C1，与弯曲强度等特征量判断韧性排序一致，韧性排序为 A1B1C1，弯曲断裂能可作为弯曲试验各特征量的综合表现，但无法确定是否可以直接用于表征各样品的脆韧性情况。2.2.4所有样品弯曲断裂能对比对比所有样品弯曲断裂能，排序见表5。结合表3和表5可知，脆韧性相差较明显的样品，如A1、B1、C1、E等，排序符合预判，且重表3样品弯曲性能排序物理量弯曲强度弯曲弹性模量挠度韧性排序排序A1B1C1DC2A2B2EB2C2DA2EC1B1A1A1B1C1C2DA2B2EA1B1C1DC2A2B2E 注：韧性排序根据弯曲测试表现综合推导。图1荷载力-应变的曲线表4试样弯曲断裂能样品编号A1A2B1B2C1C2DE弯曲断裂能/（Jm3）经向936.43563.95714.51424.45677.12567.70546.45420.05纬向679.14475.80535.60433.51481.89463.52489.49344.11-24印制电路信息 2023 No.1基板材料 Base Material 现性较好；但对于C2、A2、D等样品，排序不明显，主要因为该方法计算值属为近似计算值，其断裂能的数值接近，且受分层影响，所以较难准确区分。3结语本文对各覆铜板样品展开三点弯曲试验，通过分析得出以下结论：（1）添加填料后，样品的弯曲弹性模量得到提升，但同时弯曲强度及挠度均低于无填料样品，参考“弯曲应力-曲线模型”对其脆韧性评判结果可知，添加填料后样品韧性下降，与样品弯曲断裂能类似；（2）无填料、不同树脂体系样品 A1、B1和C1的弯曲试验结果参考“弯曲应力-曲线模型”评判，其韧性排序为 A1B1C1，与弯曲断裂能排序一致；（3）参考“弯曲应力-曲线模型”对各样品的测试结果进行韧性评判，排序结果与各样品的弯曲断裂能的排序结果接近，但有填料样品之间的弯曲断裂能差异不大，尚无法精确排序；（4）弯曲断裂能（或被称为弯曲断裂功）是弯曲试验中各特征量的综合表现，对脆韧性的评判有一定可行性。参考文献 1 王启智,汪坤.脆性材料三点弯曲试样的最大荷载及其挠度和刚度J.四川大学学报,2005,37(6):1-6.2 杨艳,李远.覆铜板的弯曲强度与弯曲弹性模量初探J.印制电路板信息,2005(11):33-36.表5试样断裂能排序弯曲断裂能经向纬向综合排序排序A1B1C1C2A2DB2EA1B1DC1A2C2B2EA1B1C1A2DC2B2E-25