印制電路板工藝涂層防濕熱、防霉菌、防鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)的對比與分析

袁 敏，郭振華，王 忠

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

印制電路板工藝涂層防濕熱、防霉菌、防鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)的對比與分析

袁 敏，郭振華，王 忠

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

本文對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中印制電路板工藝涂層的防濕熱、防霉菌、防鹽霧試驗方法進(jìn)行了對比，分析了各標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)試樣制備、試驗依據(jù)方法及表征參數(shù)等方面的要求，對比分析結(jié)果可為印制電路板工藝涂層三防性能驗證試驗方案設(shè)計提供指導(dǎo)。

防濕熱；防霉菌；防鹽霧；試驗標(biāo)準(zhǔn)

引言

印制電路板是電子產(chǎn)品的重要組成部件，廣泛應(yīng)用于各種信息化軍用電子裝備。印制電路板防護(hù)涂層及涂覆工藝的防濕熱、防霉菌、防鹽霧（簡稱“三防”）性能一直是工藝設(shè)計人員研究的焦點。[1][2]基本的研究方法是采用某種涂覆工藝制作工藝樣品，應(yīng)用已有的環(huán)境試驗方法進(jìn)行三防性能驗證，以某些表征參數(shù)判定涂層三防性能的優(yōu)劣。這種研究方法對防護(hù)涂層性能起到了一定的篩選作用。但總體而言，印制電路板防護(hù)涂層三防性能驗證試驗仍未形成通用的方法，可采用的試驗標(biāo)準(zhǔn)不一，因而導(dǎo)致驗證的結(jié)果存在較大的不確定性。

本文對印制電路板防護(hù)涂層三防環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理，分析對比各標(biāo)準(zhǔn)中的差異，以便于印制電路板防護(hù)涂層三防設(shè)計工程師參考采用合適的驗證方法。

1.境影響及三防試驗必要性

應(yīng)用于高溫、高濕、高鹽霧、霉菌生長活躍環(huán)境條件下的印制電路板組裝件，一般要經(jīng)過表層防護(hù)后才能夠使用。從以往的研究中發(fā)現(xiàn)，在濕熱、霉菌、鹽霧環(huán)境下，表面防護(hù)涂層等有機(jī)材料普遍容易老化，金屬材料容易生銹，部分有機(jī)材料容易長霉等，造成涂層起泡，物化性能和電氣性能顯著變化，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品功能性能指標(biāo)的實現(xiàn)。[3][4]

濕熱、霉菌、鹽霧環(huán)境對印制電路板防護(hù)涂層的影響效應(yīng)不容忽視，三防試驗是不可缺失的工藝篩選方法。在國內(nèi)外沒有具體的印制電路板涂層三防環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)，三防性能驗證手段不一的情況下，有必要對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中濕熱、霉菌、鹽霧試驗的方法進(jìn)行梳理，通過認(rèn)真對比分析后才能確定最佳的三防性能驗證方法。

2.準(zhǔn)對比與分析

2.1.述

國外針對印制電路板制定了種類繁多、規(guī)范細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)，其中最具影響的是美國電子電路封裝協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（IPC標(biāo)準(zhǔn)）、國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)（IEC標(biāo)準(zhǔn)）和美國軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL標(biāo)準(zhǔn)）。國內(nèi)根據(jù)自身需求，也量身訂制了一系列印制電路板的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，包括國標(biāo)（GB）、國軍標(biāo)（GJB）、電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SJ）、航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ）、航空行業(yè)（HB）等。國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容大多與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，主要是參照IEC標(biāo)準(zhǔn)，部分參照MIL標(biāo)準(zhǔn)和IPC標(biāo)準(zhǔn)。

在這些標(biāo)準(zhǔn)中，有相當(dāng)一部分規(guī)定了濕熱、霉菌、鹽霧試驗方法，主要有：

（1）MIL-P-55110 印制電路板；

（2）MIL-P-28809 印制線路組件；

（3）MIL-I-46058涂料涂覆通用技術(shù)條件；

（4）IPC-TM-650 試驗方法手冊；

（5）GB/T 4588.4 多層印制板分規(guī)范；

（6）GJB 362 剛性印制板通用規(guī)范；

（7）SJ 20671 印制板組裝物涂覆用電絕緣化合物；

（8）SJ 20632 印制板組裝件總規(guī)范；

（9）QJ 519 印制電路板試驗方法；

（10）QJ 832 航天用多層印制電路板試驗方法。

以上標(biāo)準(zhǔn)雖然并非每個標(biāo)準(zhǔn)都涵蓋了三種方法，但對涂層三防性能整體考核方法的制定有一定的借鑒意義。

2.2.準(zhǔn)方法對比

前文提到過，對印制電路板涂層進(jìn)行三防性能驗證，首先需要制備標(biāo)準(zhǔn)的試驗樣品，其次應(yīng)采用合適的試驗方法開展試驗考核，最后根據(jù)某些敏感的性能指標(biāo)的表征確定三防性能優(yōu)劣。因此，本文對標(biāo)準(zhǔn)的對比主要從這些方面入手。各標(biāo)準(zhǔn)的三防試驗情況對比詳見表1。

2.3.準(zhǔn)要求分析

由表1可知，針對防護(hù)涂層三防性能驗證，從印制電路板國內(nèi)外各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中基本找不到可直接采用的方法。大部分標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定濕熱試驗方法，而且方法要求不一，如MIL-P-55110、GB/T 4588.4、QJ 519；有些標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定要進(jìn)行試驗，但并未規(guī)定與之相結(jié)合的表征參數(shù)要求，如MIL-P- 28809；還有的雖然規(guī)定了試驗方法及參數(shù)檢測要求，但參數(shù)檢測的時機(jī)及方法不一，例如MIL-I- 46058要求在濕熱試驗前、中、后檢測絕緣電阻，而GJB 362、QJ 519等標(biāo)準(zhǔn)只要求在試驗后檢測?？傮w來說，這些標(biāo)準(zhǔn)只適用于對特定用途的印制電路板進(jìn)行質(zhì)量鑒定，如果要對印制電路板防護(hù)涂層的三防性能進(jìn)行驗證和優(yōu)選，則應(yīng)在充分分析研究現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定詳細(xì)的三防試驗方案。三防試驗方案應(yīng)至少包含：1）標(biāo)準(zhǔn)試驗樣品制備要求；2）試驗方法及條件要求；3）檢測參數(shù)方法及結(jié)果要求。

下面從三方面來分析各項標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，如表1。

2.3.1.準(zhǔn)試樣的要求

標(biāo)準(zhǔn)試驗樣品的制備要求一般涉及基材選取、涂層類型、涂層厚度、固化時間和溫度、測試圖形等方面。其中，基材及涂層參數(shù)可以根據(jù)防護(hù)涂層工藝實際選用情況決定，可采用MIL-I-46058、SJ20671中的制備要求。測試電路圖形直接關(guān)系到印制電路板性能參數(shù)的可測試性及測試值的代表性，較為重要。

在試驗方案的制定過程中，要根據(jù)試驗條件和性能參數(shù)類別的要求，兼?zhèn)淇紤]測試工作的便捷性，選定標(biāo)準(zhǔn)試樣的測試圖形。通過表1可知，QJ 519、GB/T 4588.4規(guī)定了綜合電路測試圖形（見圖1），測試人員可以根據(jù)不同的性能參數(shù)選擇制備不同形狀的測試電路（見表2）。[13]也有標(biāo)準(zhǔn)選用綜合測試電路中的部分圖形制備試驗樣品，如SJ 20671-1998中的Y形測試電路。

2.3.2.驗條件及方法

表1所列標(biāo)準(zhǔn)中，均規(guī)定了濕熱試驗要求，試驗方法大多依據(jù)MIL-STD-810、MIL-STD-202、GJB 360及IEC 68進(jìn)行。大部分標(biāo)準(zhǔn)對霉菌、鹽霧試驗未做規(guī)定。對濕熱、霉菌、鹽霧試驗均作要求的僅有MIL-P-28809標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定檢測參數(shù)的要求，不能形成性能評價方案。因此，現(xiàn)有試驗標(biāo)準(zhǔn)不能直接作為印制電路板涂層三防性能驗證方案，其原因：（1）各標(biāo)準(zhǔn)中大多未規(guī)定三種試驗方法；（2）規(guī)定的試驗所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方法不一致；（3）不具備試驗與參數(shù)檢測評價的配套性。

表1.要標(biāo)準(zhǔn)中的三防試驗方法對比[6-13]

試驗方法的確定應(yīng)根據(jù)印制電路板的使用用途，盡可能地參照現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行確定，并考慮試驗過程中需檢測的表征參數(shù)。

2.3.3.測參數(shù)方法及結(jié)果要求

由表1可知，各標(biāo)準(zhǔn)中所檢測的性能參數(shù)繁多，主要可分為物理或化學(xué)性能參數(shù)、機(jī)械性能參數(shù)和電氣性能參數(shù)等。試驗過程中不可能對所有性能參數(shù)均進(jìn)行檢測，因此要選擇部分與濕熱、霉菌、鹽霧環(huán)境影響效應(yīng)有關(guān)的涂層性能參數(shù)。由前文的分析可知，濕熱、霉菌、鹽霧環(huán)境對涂層表面的外觀、電氣性能參數(shù)（如絕緣電阻、介質(zhì)耐電壓、Q值等）及物化參數(shù)（如附著力、耐溶劑性等）具有較顯著的影響。表1所列標(biāo)準(zhǔn)中，與濕熱、霉菌、鹽霧試驗組合檢測的參數(shù)也大多是絕緣電阻、介質(zhì)耐電壓等等電氣性能。這些參數(shù)易于進(jìn)行量化和變化趨勢分析，便于觀測三防試驗過程中試樣的性能變化情況，可作為性能驗證的表征參數(shù)。對這些參數(shù)的變化范圍進(jìn)行界定，則可作為試驗的結(jié)果判定參數(shù)。

表2.J 519A-1999中測試圖形用途

3.論

通過各標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗方法均不完整，不能形成配套的試驗與評價體系；

（2）各標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定混亂，試驗方法不一致，沒有給出詳細(xì)的指導(dǎo)和建議，應(yīng)用中不可避免會產(chǎn)生盲目性；

（3）針對印制電路板工藝涂層三防性能考核，需制定較完整的試驗方案。

因此，在目前尚不具備三防性能考核試驗標(biāo)準(zhǔn)的情況下，本文對印制電路板涂層防濕熱、防霉菌、防鹽霧試驗可參考的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)所進(jìn)行的對比與分析，可為印制電路板防護(hù)工藝設(shè)計人員提供參考。

[1] 陸勇. 印制電路板組件表面三防涂覆材料性能研究[J]. 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗, 2000, 5： 25-28.

[2] 黃萍, 張靜. 印制電路組件三防涂覆工藝研究[J].電子工藝技術(shù), 2007,28 (6)： 324-329.

[3] 李星, 王曉慧. 艦載機(jī)三防設(shè)計技術(shù)研究綜述[J]. 裝備環(huán)境工程, 2006,3 (4)： 12-15.

[4] 朱旺. 海洋氣候條件下的三防工藝研究. 電子工藝技術(shù)[J], 2010,31(1)：54-57.

[5] MIL-P-55110C, 印制電路板[S].

[6] MIL-P-28809, 印制線路組件[S].

[7] MIL-I-46058C, 涂料涂覆通用技術(shù)條件[S] .

[8] IPC-TM-650, 試驗方法手冊[S].

[9] GB/T 4588.4-1996, 多層印制板分規(guī)范[S].

[10] GJB 362B-2009, 剛性印制板通用規(guī)范[S].

[11] SJ 20671-1998, 印制板組裝物涂覆用電絕緣化合物[S].

[12] QJ 519A-1999, 印制電路板試驗方法[S]

Comparison and Analysis of Moisture Proof, Fungus Proof and Salt Fog Proof Test Standards for Printed Circuit Board Coating

YUAN Min，GUO Zhen-hua，WANG Zhong
（China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute，Guangzhou 510610）

Moisture Proof, Fungus Proof and Salt Fog Proof (Three-Proof) test methods refers to existing standards of printed circuit board (PCB) were compared in a manner in this paper, simultaneously, analyzed each standard’s requirements to standard specimen preparation, test method and characterization parameter.Comparing and analyzing result of this work can provide guidance for engineers who are planning to design a test scheme in order to validate Three-Proof performance of PCB coating.

moisture proof；fungus proof；salt fog proof；test standards

TN41

B

1004-7204（2012）03-0062-04

袁敏，男，1986年生，工業(yè)和信息化部電子第五研究所工程師，主要從事可靠性與環(huán)境試驗及相關(guān)技術(shù)研究工作。

王忠，男，1968年出生，工業(yè)和信息化部電子第五研究所科技委委員、高級工程師，主要從事可靠性與環(huán)境適應(yīng)性理論和工程技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)制修訂等工作。