我們提交PCB生產(chǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備打樣，在板廠的在線打樣計價頁面里，會有一項關(guān)于板材的Tg值的選項，不同的Tg值會影響到最終的打樣費用，換個角度講就是你要為板材的Tg值付費，那這Tg值是什么,什么情況下需要為高Tg值板材額外付費呢？
業(yè)界長期以來，Tg值是最常見的用來劃分FR-4基材的等級指標(biāo)，通常認(rèn)為Tg值越高，材料的可靠性越高。
比如下圖老wu在南亞上邊截取的關(guān)于FR-4板材的說明：
Tg135℃，板材用途：主機板、消費類電子產(chǎn)品等
Tg180℃，板材用途：CPU主板，DDR3 內(nèi)存基板，IC封裝用基板等等。
基材對于印刷電路板的作用，就像印刷電路板對于電子器件的作用一樣重要。按照PCB的基材按性質(zhì)可分為有機基板和無機基板兩個大的體系。
有機基板由酚醛樹脂浸漬的多層紙層或環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、氰酸酯、BT 樹脂等浸漬的無紡布或玻璃布層組成。這些基板的用途取決于 PCB 應(yīng)用所需的物理特性,如工作溫度、頻率或機械強度。
無機基板主要包括陶瓷和金屬材料，如鋁、軟鐵、銅。這些基板的用途通常取決于散熱需要。
我們常用的剛性印制板基板屬于有機基板，比如FR-4環(huán)氧玻纖布基板，是以環(huán)氧樹脂作粘合劑，以電子級玻璃纖維布作增強材料的一類基板。
我們看到，F(xiàn)R-4以環(huán)氧樹脂作為粘合劑，樹脂材料有一個重要特性參數(shù)：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg（glass transition temperature），指的是材料從一個相對剛性或“玻璃”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐鬃冃曰蜍浕癄顟B(tài)的溫度轉(zhuǎn)變點。
玻璃態(tài)物質(zhì)在玻璃態(tài)和高彈態(tài)之間相互可逆轉(zhuǎn)化的溫度。啥意思？就是說FR-4基板的粘合劑環(huán)氧樹脂若溫度低于Tg，這時材料處于剛硬的“玻璃態(tài)”。當(dāng)溫度高于Tg時，材料會呈現(xiàn)類似橡膠般柔軟可撓的性質(zhì)。對！它~變【軟】了~
玻璃態(tài)
樹脂材料處于溫度Tg以下的狀態(tài)為堅硬的固體即玻璃態(tài)。在外力作用下有一定的變形但變形可逆，即外力消失后，其形變也隨之消失，是大多數(shù)樹脂的使用狀態(tài)。
高彈態(tài)
當(dāng)樹脂受熱溫度超過Tg時，無定形狀態(tài)的分子鏈開始運動，樹脂進入高彈態(tài)。處于這一狀態(tài)的樹脂類似橡膠狀態(tài)的彈性體，但仍具有可逆的形變性質(zhì)。
注意，溫度超過Tg值后，材料逐漸變軟，是逐漸，而且只要樹脂沒有發(fā)生分解，當(dāng)溫度冷卻到Tg值以下時，它還是可以變回之前性質(zhì)相同的剛性狀態(tài)。
氮素，有個Td值，叫熱分解溫度，樹脂類材料被加熱至某一高溫點時，樹脂體系開始分解。樹脂內(nèi)的化學(xué)鍵開始斷裂并伴隨有揮發(fā)成分溢出，那PCB基材里的樹脂就變少了。Td點指的是這個過程開始發(fā)生的溫度點。Td通常定義為失去原質(zhì)量5%時對應(yīng)的分解溫度點。但這5%對于多層PCB來說是非常高的了。
我們知道，影響PCB上傳輸線特性阻抗的因素有，線寬，走線與參考平面間距，板材介電常數(shù)等等。而基板材料的樹脂量對介電特性有很大的影響，而且樹脂揮發(fā)后對控制走線與參考平面的間距也有影響。
對于無鉛焊接工藝需要考慮這個Td值，比如傳統(tǒng)的錫鉛焊接工藝溫度范圍為210~245℃，而無鉛焊接工藝溫度范圍為240~270℃。
下邊兩個這個截圖是老wu在建滔官網(wǎng)上下載的兩份板材的參數(shù)表做的對比，左邊的是FR-4常規(guī)系列板材，右邊是FR-4無鉛板材
常規(guī)FR4 板材 KB-6160 Tg值為135℃，5%質(zhì)量損失Td值為305℃
FR4無鉛板材 KB-6168LE Tg值為 185℃，5%質(zhì)量損失Td值為359℃
我們看到，常規(guī)FR4板材的Td值都在300℃以上，而有鉛焊接工藝溫度范圍在240~270℃，Td值完全滿足哇，為啥還要搞個無鉛版本呢？
正如老wu上邊所述，5%的樹脂質(zhì)量揮發(fā)率對于需要控制阻抗的多層PCB來說顯得太大了，對于錫鉛焊接工藝來說，210~245℃的溫度材料基本不會出現(xiàn)明顯的熱分解，而無鉛焊接的240~270℃溫度區(qū)間，對于普通Tg FR-4 基材來說，已經(jīng)開始損失1.5~3%的樹脂質(zhì)量。雖然不到IPC標(biāo)準(zhǔn)所要求的5%，但這損失的樹脂質(zhì)量也不可忽視。同時，這個分解水平，還可能會影響基材長期的可靠性或?qū)е潞附舆^程中出現(xiàn)分層或空洞的缺陷，特別是需要多次焊接的過程或存在返修加熱的情況。
所以，如果采用無鉛焊接工藝的話，除了考慮Tg值，還要重點考慮Td值。
基板材料的性能在Tg值以上和在Tg值以下時差異很大，不過，Tg值一般被描述為一個非常精確的溫度值，比如Tg135，并不是說溫度一超過135℃基板就變得軟趴趴，而是當(dāng)溫度接近Tg值開始，材料的物料性能會開始改變，它是一個逐步變化的過程。
樹脂體系的Tg值對材料的性能影響主要有兩個方面：
熱膨脹的影響
樹脂體系固化時間
板材受熱膨脹，腦補一下畫面，SMT焊接時BGA焊盤的間距是不是也就跟著變化了？而且，熱膨脹導(dǎo)致的機械應(yīng)力，會對PCB上的走線和焊盤的連接造成細微的裂紋，這些裂紋可能在PCB生產(chǎn)完畢最后的開/短路測試時不會被發(fā)現(xiàn)，而在SMT等二次加熱后故障就顯現(xiàn)出來了，這往往讓人很懵逼，而最糟糕的情況是，SMT加熱時暗病都沒出現(xiàn)，在產(chǎn)品出去之后，在冷熱交替的使用環(huán)境中，板材的受熱膨脹讓這些細微的裂紋隨機性的發(fā)生，造成設(shè)備故障。
基板材料熱性能參數(shù)除了標(biāo)準(zhǔn)Tg、Td值，還有熱膨脹系數(shù)CTE，有X/Y軸方向的CTE也有Z軸方向的CTE。
Z軸的CTE對PCB的可靠性有很重要的影響。由于鍍覆孔貫穿PCB的Z軸，所以基材中的熱膨脹和收縮會導(dǎo)致鍍覆孔扭曲和塑性形變，也會使PCB表面的銅焊盤變形。
而SMT時，X/Y軸的CTE則變得非常重要。特別是采用芯片級封裝（CSP）和芯片直接貼裝時，CTE的重要性更為突出，同時，X/Y軸的CTE也會影響覆銅箔層壓板或PCB的內(nèi)層附著力和抗分層能力。特別是采用無鉛焊接工藝的PCB來說，每一層中的X/Y軸CTE值就顯得尤其重要了。
那么，是不是高Tg值的基材就是好呢？在關(guān)于Tg值的許多討論中，往往認(rèn)為較高的Tg值總是對基材有利的，但情況也并非總是如此?？梢源_定的是，對于一種給定的樹脂體系，高Tg值基材在受熱時的材料高速率膨脹開始時間要相對晚一些，而整體膨脹則與材料的種類有很大關(guān)系。低Tg值的基材可能會比高Tg值的基材表現(xiàn)出更小的整體膨脹，這主要與樹脂本身的CTE值，或者樹脂配方中加入無機填料 降低了基材的CTE有關(guān)。
同時還要注意的是，有些低端的FR-4材料，標(biāo)準(zhǔn)Tg值是140℃的基材比標(biāo)準(zhǔn)Tg值是170℃的基材具有更高的熱分解溫度Td值。如上邊老wu所述，Td對于無鉛焊接來說是一個很重要的指標(biāo)，一般建議選擇Td數(shù)值較大的，而高端的FR-4往往同時具備高的Tg值和高Td值。
此外，高Tg值的基材往往比低Tg值的基材剛性更大且更脆，這往往會影響PCB制造過程的生產(chǎn)效率，特別是鉆孔工序。
比如某創(chuàng)就發(fā)帖子說明，隨著板子越來越密，過孔與過孔之間的間隙越來越小，對于材料要求越來越高，為此某創(chuàng)將提供TG=155的中TG板材為多層板收費服務(wù)！
為啥多收費？
TG=155的板材比TG=135的成本高20%左右,嗯 來料貴了
因為鉆孔,中TG必須用新鉆鉆咀效果更佳（一般鉆咀能磨4次），因為太硬
壓合時間：普通TG=135的只需要壓合110分鐘，而中TG=1 55的必須壓合150分鐘
為啥要提供中或高Tg板材，板廠那邊說，原因之一是因為高密的過孔，普通TG的過孔間距不能小于12MIL，而中TG不能小于 10MIL，因為板材有玻璃布，在鉆孔的時候會有一些拉傷，兩個過孔之間你拉一點我拉一點就形成了燈芯效應(yīng)，而中TG因為硬，板材內(nèi)的成份不一樣，又加上用新鉆咀能有效的防范燈芯效應(yīng)，后續(xù)對于難度高的多層板，過孔間間隙太密，某創(chuàng)會強制客選擇用中TG板材生產(chǎn)！
原因之二是基板的Tg提高了， 印制板的耐熱性、耐潮濕性、耐化學(xué)性、耐穩(wěn)定性等特征都會提高和改善。TG值越高，板材的耐溫度性能越好，尤其在無鉛噴錫制程中，高Tg應(yīng)用比較多。
這是從板廠的可制造性方面考慮，而如果是PCB裝配采用無鉛焊接工藝的話，還需要綜合考慮玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、分解溫度Td、熱膨脹系數(shù)CTE、吸水率、分層時間等等因素。
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