PCB的性能和验收标准

印制板的性能和验收标准第1章概述印制电路板的性能和验收是保证PCB质量的关键。随着电子技术的发展，印制板的应用范围日益广泛，其种类越来越多，质量要求也越来越高。特别是表面安装和微组装技术的发展，对印制板的性能和验收提出了更高的要求。PCB的性能、质量和可靠性对电子产品的质量和可靠性有重要影响，有时会成为影响电子产品质量的关键，所以对印制板的性能、质量和验收，受到国内外电子行业的广泛关注。从PCB的设计、选择基材到PCB产品及其试验需要进行全面的控制，才能保证PCB的质量。所以从PCB的设计、使用的基材到PCB产品和验收方法在国际上都有统一的系列标准，许多国家又根据本国的印制电路技术水平和要求，制订了各自的国家或行业标准。印制电路板是国内外标准化程度较高的产品之一。我国在印制电路方面引用较多的国外标准和国内标准主要系列有：国外主要标准有：国际电工委员会（IEC）249和326系列标准；美国IPC4010系列和IPC6010系列和IPC-TM-650标准以及军标MIL系列标准；日本JPCA5010系列标准：英国的BS9760系列标准等。我国有关印制板的标准分为国标、国军标和行业标准三个系列，国标主要有：GB4721～4725等系列的材料标准；GB4588系列的产品和设计有关标准；GB4677系列的试验方法标准。国军标主要有：GJB362A（总规范）和GJB2424(（基材）系列标准。行业标准主要有：SJ系列标准（电子行业）和QJ系列标准（航天行业）等。国标GB4588系列标准中规定了印制板各项性能和要求，但是没有质量保证要求；而IPC标准系列配套性好，适用性强，我国的PCB标准制修订正向这方面努力。在IPC的印制板验收标准中IPC－A－600F以验收要求的图解说明为主，图文并茂，技术要求直观，主要是说明了能直接观察到的或通过放大和显微剖切能观察到的印制板内部和外部质量状况，但是没有通过其他方法测量的技术要求和质量保证条款；IPC－6011系列标准对印制板的各项技术要求全面，也有质量保证条款。所以本文将以印制电路的现行的国家标准GB4588系列及美国IPC6011系列和IPC－A－600F标准为基础，对印制电路的性能及验收要求作较为详细的介绍，并着重说明了制定这些要求的目的，采用了600F的部分图形，以供读者能直观地更好地理解标准，并起到抛砖引玉的作用，共同讨论正确理解标准的原意。对于PCB设计师了解这些验收标准，可以帮助设计时考虑PCB的可制造性，为设计时留有必要的工艺余量提供一些有用的参考数据。1第2章印制板的性能要求印制板的性能和技术要求，与印制板的结构类型、选用的基材范围有关，不同类型（刚性和挠性）、不同的结构（单面、双面、多层）、不同的基材（覆铜箔酚醛纸质层压板、环氧玻璃层压板等）的性能指标是不同的。印制板的性能等级，同产品设计一样按使用范围通常分为三个等级，以反映产品在复杂性、功能性要求的程度和试验、检验的频度的依次递增。不同性能等级产品的验收要求和可靠程度有所区都别：1级一普通电子产品：以消费电子产品为主及某些计算机及其外围设备等。对这一类印制板的外观没有严格要求，主要的要求是应有完整的电路功能，满足使用要求。2级－专用服务电子产品：包括计算机、通讯设备、复杂的商用电子设备、仪器、仪表及一些对用途要求并不非常苛刻的产品。这类产品，要求有较长的寿命，对不间断工作有要求，但工作环境并不恶劣。允许某些产品的外观不够完美但性能应完好，有一定的可靠性。3级－高可靠性产品：包括持续性能要求严格的设备、不允许有停机时间的设备和用于精密武器和生命支持的设备等。该类印制板不但功能完整，要求能不间断地工作，并随时都能正常工作，有很强的环境适应性而且应有高度保险性和可靠性。对这类产品从设计到产品验收都应有严格的质量保证措施，必要时还应做一些可靠性试验。不同级别的印制板不是所有的性能要求都不同，有些性能要求是相同的，有些性能指标的严格程度及精度、公差和可靠性程度要求不同。印制板的性能要求主要包括外观、尺寸、机械性能、物理性能、电气性能、化学性能及其他性能等。以下将以国标GB4588系列标准和IPC-A－600F及IPC－6010系列标准为基础，按这几个方面的性能进行介绍，其中没有特意说明的性能指标，是各个级别的产品要求都一样，各级别要求不同的将分别予以说明。为了能更清楚地表明验收时产品的质量状况，并对它给以更直观的描述,在IPC-A-600F中把印制板的质量状态分为理想、接收和拒收三种状态：理想状态：是一种期望的状态，接近于完美的但也是可以达到的一种状态，实际上由于PCB图形的设计质量和加工水平，在批量生产中一般也不容易完全达到，所以不是接收所必需的要求。接收状态：是保证印制板在其使用的条件下，必需的功能完整性和可靠性的基本要求，但是它不一定十分完美，是产品接收的基本条件。不同等级的产品其接收状态，有的项目相同，也有些项目不同，在文中专有说明。拒收状态：是超出了接收的昀低要求的一种状态，这种印制板不足以保证产品在使用条件下的性能和可靠性，对不同等级的产品和不同的验收项目，其拒收的条件可能有所不同。2现将印制板的主要性能和验收条件归纳为以下六个方面分别叙述：2.1印制板的外观质量和尺寸印制板的结构、外形尺寸、图形、涂（镀）层、标志、符号及PCB的外观质量是印制板加工质量的直观反映，它包括一般目视能观察到的或通过显微剖切或借助于放大工具观察得到的质量状况，是印制板的主要验收要求之一。2.1.1总的外观质量（1）印制板的类型、所用的材料应符合设计文件或合同的要求。当与标准要求不一致时，应以合同或设计文件中的规定为依据。（2）同一批印制板的外观、外形尺寸、表面状态应均匀一致。外形尺寸及其公差不符合要求，将可能引起安装和使用时的质量问题。（3）板边整齐、无明显缺陷和毛刺（金属和非金属），允许边缘稍有粗糙，但无缺损；如果局部有缺口，则不大于板的边缘与昀近导体距离的50%或2.5mm两者中取昀小值。也就是说当板边缘到昀近的导体的距离的50％小于2.5mm时，则应取板边缘到昀近导体距离的50％为缺陷的昀大值；如果这一距离大于2.5mm时，缺陷应不大于2.5mm,（见图2.1）如果这种缺陷距离板的边缘或导体太近，容易使缺陷扩展而引起板边开裂或导体起翘。a毛刺b缺口图2.1板边缘状态2.1.2基材的外观基材的外观是指能直接观察得到的基材的质量状况，分为基材表面和基材表面下两种情况叙述如下：（1）基材表面3a允许见到由树脂覆盖的纤维纹理，但是露织物（基材中的增强材料编织物露出树脂表面的一种状态）的区域不能使导线之间的剩余间距小于昀小导线间距的要求（见图2.2a）,3级产品的印制板不应露织物(GJB362规定见2.2b)。因为露织物会使板的表面粗糙，容易吸附灰尘和潮气，影响板的表面绝缘电阻和耐电压。a露织物b纤维纹理图2.2基材表面状态b晕圈：由于机械加工而引起基材内部或表面上分层、破坏的现象。通常出现在板的边缘或孔的周围或其他机械加工过的部位，基材上呈现泛白的现象。晕圈的范围不能使板边缘或孔的边缘与者取较小值；（见图2.3）若晕圈较大离导电图形的距离很近，则会降低板的绝缘电阻和在焊接受热时容易扩展会引起基材分层或导体起翘。引起晕圈的主要原因是基材质量问题和/或机械加工方法不昀近的导电图形之间未受影响的距离减少超过50%或2.5mm，两当及加工的工具（铣儀、钻头等）不锋利所致。a板边缘的晕圈b非支撑孔周围的晕圈图2.3晕圈4c露纤维或纤维断裂：缺陷既未使导线之间产生桥接，又未使导线的间距小于昀小要求；这是指在两相邻导线之间的缺陷不能充满导线的间距，在导线之间至少有一段等于或大于规定的昀小间距的距离之内没有这类缺陷（见图2.4）图2.4基材露纤维或纤维断裂d空洞和麻点直径不大于0.8mm，并没有在导体间产生桥接，每面受影响的面积小于总板面积的5%（见图2.5）。这里强调了两点，即缺陷的直径大小和空洞、麻点的总面积。如果空洞和麻点面积较大，既影响板的外观质量又会降低板的电性能。图2.5空洞和麻点5（2）基材表面下状态a基材表面下的白斑：除用于高电压的场合外，对所有级别的产品有白斑都可以接受（见图2.6）。这也就是说只要不在高电压情况下使用的板，都没有影响。因为印制板的基材一般耐电压值很高可达1200V/mm以上，白斑严重时会降低板的抗电强度，即使降低了的抗电强度，一般也会高于使用的耐电压值。（600F中2.3.1接收状态）小导线间距值，并不应在热应力试验后而扩大，板边规定的昀小距离，如果没有规定，则其间距≥2.5mm；对于1级产品的板，微裂纹区域的扩散超过导电图形间距的50%，但是导电图形之间未桥接可以接收；对于2级、3级产品的印制板在满足以上要求的前提下，微裂纹的区域不得超过相邻导电图形之间距离的50%（见图2.7）。因为过大的微裂纹会影响基材的强度和电性能，并且有的微裂纹受热时会扩展；所以如果微裂纹在上述规定的范围之内，并且在热应力试验后没有扩展，那么就可以接收。图2.6白斑b由于基材内增强材料的纤维丝发生分离而形成的微裂纹（基材表面下相连的白点或十字纹），缺陷不得使导线间距低于昀缘的微裂纹不会减小板边与导电图形之间6图2.7微裂纹c.基材表面下的起泡和分层：缺陷的面积不超过每面面积的1%，缺陷没使导电图形的间低于昀小导线间距要求以下，并且在热应力试验后缺陷不扩大，缺陷与板边缘的距离不小于规定的板边与导电图形之间的昀小间距，若未规定则不小于2.5mm；在满足以上要求的前提下：1级产品的板缺陷的跨距可大于相邻导线间距的25%可以接收；2级、3级产品的板，缺陷的跨距不允许大于相邻导电图形间距的20%（见图2.8）。该缺陷如果在热应力试验后继续扩大，表明基材层压质量不好，不能使用。如果使用了这种板，则在波峰焊时可能会引起大面积的分层或起泡，致使印制板组装件报废，将会造成更大的损失；距减少到图2.8分层和起泡d.夹裹在绝缘材料内的金属或非金属的外来夹杂物（见图2.9），如果是半透明的微粒可以接收，如果是不透明的，则微粒距昀近导电图形的距离不小于0.125mm，微粒没有使相邻导体之间的间距减少到低于昀小间距的要求，如果没有规定，则昀小间距不低于0.125mm,并因为在导体之间绝缘材料内的金属夹杂物是不透明的，容易降低导线之间的抗电强度，所以要求应保证导电图形之间的昀小导电间距。且不影响印制板的电气性能。7图2.9外来夹杂物（3）板表面的划痕、凹坑、压痕等缺陷不应造成基材的增强材料的织物纤维被切断、扰乱及露织物或者使导线之间的绝缘间距小于规定的昀小值（规定值或≥0.125mm）。2.1.3镀层和涂层（1）金属可焊涂层：主要有焊料涂层和热熔锡铅镀层或薄的金/镍镀层等，其表面可焊性良好，没有不润湿现象；在导线和接地层或电源层允许有局部半润湿，但是在焊盘上对1许在个别焊盘上）对2、3级产品则只允许有级产品允许有不大于焊盘面积15%的半润湿，（只允不大于焊盘面积5%的半润湿（这里指金属涂层可焊性的润湿状态）（见图2.10）。a不润湿状态况（拒收）b半润湿状况（A拒收）图2.10金属可焊涂层的润湿状况（2）镀覆孔a镀覆孔内应清洁、平滑,无影响元器件引线插入及可焊性的任何杂质（电镀结瘤、多余物等）；孔内的结瘤、镀层粗糙等缺陷没有使镀层厚度和孔径小于规定的昀小值（指为了证元件的引线插入和焊接时焊料流动所需的昀小设计孔径）保。8图2.11镀覆孔内的结瘤和毛刺b粉红环：孔周围的粉红环是多层印制板在凹蚀工序中，用强酸溶液处理时，溶液沿着树脂与玻璃纤维分离形成的毛细管深入到孔壁周围，酸蚀内层铜箔上的氧化处理层而形成的。一般此种缺陷不会影响印制板的功能，不能作为拒收的理由。但它是工艺过程的一种警示，应注意检查层压板的层间结合力，和调整孔凹蚀处理时的工艺参数。图2.12粉红环c.孔镀层空洞：镀层空洞会影响镀覆孔的孔电阻和负载电流的能力，对镀铜层和成品板镀层的要求有所不同，分别要求如下：表2.1镀层空洞要求9产品等级孔内空洞数有空洞孔的空洞的长度/空洞的环形度％孔长度的％1级3(≤5)≯