今天分享是《DFM之高可靠印制電路板的可接受條件》資料

一.印制基板的基本功能

1.足夠的機(jī)械強(qiáng)度；

2.能夠承受組裝工藝中的熱處理和沖擊；

3.具有足夠的平整度以適應(yīng)自動(dòng)化的組裝工藝；

4.能承受 6 次以上的焊接和返修工作；

5.良好的電氣性能和耐潮濕性能；

6.良好的尺寸穩(wěn)定性。

二.印制電路板性能等級(jí)

軍用印制電路板性能等級(jí)分為如下三級(jí)：

1級(jí)：普通軍用電子設(shè)備，主要用于地面和一般軍用設(shè)備。要求印制電路板組裝后有完整的功能，一定的工作壽命和可靠性，允許有一些不影響電氣和機(jī)械性能的外觀缺陷；

2級(jí)：專用軍用電子設(shè)備，主要用于軍用通信設(shè)備、復(fù)雜的軍用電子設(shè)備等。要求印制電路板組裝后有完整的功能，較長(zhǎng)的工作壽命及較高的可靠性，允許有不影響使用性能的輕微外觀缺陷；

3級(jí)：高可靠軍用電子設(shè)備，主要用于車載、機(jī)載、艦載、航天等軍用電子設(shè)備。要求印制電路板組裝后有完整的功能、長(zhǎng)的工作壽命、連續(xù)工作和高的可靠性，在使用中不允許發(fā)生任何故障。

三.印制電路板基本要求

1.印制電路板應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件和工藝文件要求，根據(jù)印制板結(jié)構(gòu)確定基材的覆銅箔面數(shù)（單面、雙面或多層板），并與組裝過程中選用的元器件、工藝材料的特性相兼容。

2.印制電路板外觀要求

1）基板面應(yīng)平整、邊緣整齊、圖形不失真；不應(yīng)有碎裂、毛刺、起泡和分層 ；

2）印制導(dǎo)線表面應(yīng)光潔，色澤應(yīng)均勻，無翹箔、鼓脹和明顯的劃痕；

3）表面鍍層應(yīng)光亮均勻，不起皮鼓泡；

4）阻焊膜厚度應(yīng)不大于焊盤的厚度；

5）焊盤上應(yīng)無字符、阻焊膜和其它污物沾污；

6）其它性能應(yīng)符合GJB362B中的有關(guān)要求。

3.印制電路板應(yīng)適用于波峰焊和再流焊。

4.平整度（弓曲和扭曲）

焊接前通孔插裝PCB的弓曲和扭曲應(yīng)不大于1％，表面安裝用PCB的弓曲和翹曲一般應(yīng)不大于 0.75%，窄間距應(yīng)不大于 0.5%。

5.工藝基準(zhǔn)孔、識(shí)別標(biāo)志及焊區(qū)的安裝位置精度應(yīng)符合組裝工藝要求，標(biāo)志表面平整、無沾污、亮度均勻，相對(duì)背景有較高的反差。

6.印制電路板表面涂（鍍）覆層的選擇

1）軍用PCB 表面涂（鍍）覆層應(yīng)采用熱風(fēng)整平工藝或電鍍鎳金工藝，不應(yīng)使用化學(xué)鍍鎳金工藝；PCB 表面涂（鍍）覆層應(yīng)在PCB 裝配圖上注明。

2）PCB 焊盤及金屬化通孔可焊性保護(hù)層應(yīng)采用含鉛量≥3%的鉛錫合金焊料；表面安裝焊盤采用錫鉛合金為可焊性保護(hù)層，錫鉛合金層厚度應(yīng)不小于 2.8μm~8μm。對(duì)于 3 級(jí)印制電路板和高密度PCB 建議使用電鍍鎳金（Ni/Au）為可焊性保護(hù)層。Ni層為 5μm~7μm，Au層為 0.05μm~0.15μm。

3）阻焊膜的涂覆按 GJB362B的 3.5.1.8執(zhí)行。固化的阻焊膜的最小厚度按GJB4057的規(guī)定，2級(jí)板為 10μm，3級(jí)板為 18μm；

4）需要安裝（螺裝或焊接）屏蔽盒的印制表面涂覆鉛錫焊料時(shí)，應(yīng)盡量減少鉛錫焊料涂覆面積，或按進(jìn)行阻焊膜與鍍錫層交叉的網(wǎng)格方式設(shè)計(jì)大面積接地面。

7.印制電路板的可焊性

1）印制電路板金屬化孔的可焊性

按QJ832A 規(guī)定的試驗(yàn)后，焊料應(yīng)潤(rùn)濕到孔頂部周圍的焊盤（連接盤） 上。在焊接溫度為 232℃~237℃，焊接時(shí)間為 3s 的條件下，金屬鍍層應(yīng)對(duì)焊料呈濕潤(rùn)狀態(tài)，必須完全潤(rùn)濕孔壁，不應(yīng)有不潤(rùn)濕或露基底金屬的現(xiàn)象。 可不完全填滿孔，但焊料相對(duì)于孔壁的接觸角應(yīng)小于90o。

2）印制電路板表面可焊性

根據(jù)規(guī)定的焊接溫度、焊接時(shí)間和附著在導(dǎo)體上焊料層的外觀，表面可焊性要求按表 4 規(guī)定。

8.印制電路板的耐熱性（熱應(yīng)力）

1.印制電路板在溫度 287℃±6℃的熔融焊料中浸焊 10s~11s 后，不應(yīng)出現(xiàn)分層、起泡或破壞，表層印制導(dǎo)線對(duì)基板的抗剝強(qiáng)度應(yīng)符合抗剝強(qiáng)度的要求，阻焊層不出現(xiàn)起皺、脫落等現(xiàn)象。在實(shí)際焊接過程中，印制電路板元器件和導(dǎo)線的手工焊接溫度規(guī)定為240℃±10℃，波峰焊焊接溫度為250℃±5℃，再流焊焊接溫度為235℃±5℃；按上述規(guī)定執(zhí)行時(shí)，如印制電路板出現(xiàn)分層、起泡、或破壞，或阻焊層不出現(xiàn)出現(xiàn)起皺、脫落等現(xiàn)象則是印制電路板的耐熱性（熱應(yīng)力）不符合要求。

9.阻燃型環(huán)氧樹脂紡織玻璃布基材（FR-4）抗剝強(qiáng)度

1.在正常條件下厚度 35μm以上的FR4基板表層印制導(dǎo)線對(duì)基板的抗剝強(qiáng)度應(yīng)不小于 1.4N/mm；厚度為 18μm的FR4基板表層印制導(dǎo)線對(duì)基板所承受的最小剝離強(qiáng)度應(yīng)不小于 1.1N/mm；在經(jīng)受 2）規(guī)定的試驗(yàn)條件后， FR4 基板多層印制電路板表層印制導(dǎo)線對(duì)基板的抗剝強(qiáng)度應(yīng)不小于1.2N/mm。

2）在下列條件下連續(xù)依此放置后，F(xiàn)R4基板表層的印制導(dǎo)線對(duì)基板的抗剝強(qiáng)度應(yīng)不小于 1.2N/mm。溫度-65±2℃下放置 6h；溫度 125±2℃下放置 16h；在交變濕熱條件下放置 48h。10.PCB 基材選用設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)PCB 的使用條件和機(jī)械、電氣性能要求選擇基材：

1）根據(jù)印制板的尺寸、單位面積承載元器件質(zhì)量，確定基材板的厚度；

2）選擇時(shí)還應(yīng)考慮到電氣性能要求、Tg和CTE、平整度等因素及孔金屬化的能力；

3）除設(shè)計(jì)另有規(guī)定外，印制板所用的基材為阻燃型環(huán)氧樹脂紡織玻璃布基材（FR- 4）

四.混裝印制電路板

1.混裝印制電路板基材要求

有鉛元器件和無鉛元器件混裝PCB 基板材料主要根據(jù)電子產(chǎn)品的性能指標(biāo)、使用環(huán)境、焊接溫度來選擇。

1）焊接溫度 240℃以下的產(chǎn)品，采用FR4 環(huán)氧玻璃纖維基板；

2）焊接溫度 240℃～250℃的產(chǎn)品，可選擇高 Tg 為 150℃～170℃的FR-4；

3）高可靠及厚板，焊接溫度 250℃以上的產(chǎn)品，采用FR-5；

4）使用環(huán)境溫度較高或撓性電路板采用聚酰亞胺玻璃纖維基板；5）對(duì)于散熱要求高的高可靠電路板采用金屬基板；

6）對(duì)于高頻電路則需要采用聚四氟乙烯玻璃纖維基板。

1.混裝印制電路板焊盤表面鍍（涂）層

應(yīng)選擇可焊性符合GJB362B 要求的印制電路板表面鍍層，同時(shí)應(yīng)考慮成本、儲(chǔ)存條件等因素。高可靠軍用電子設(shè)備推薦采用Pb-Sn 熱風(fēng)整平（HASL）鍍層。

如果產(chǎn)品對(duì)于焊盤的平整度有較高的要求，推薦采用電鍍 Ni/Au 鍍層。高密度組裝建議采用電鍍 Ni/Au 鍍層，備選Pb-Sn 熱風(fēng)整平（HASL）鍍（涂）層。

有些軍品PCB表面鍍層的設(shè)計(jì)中為了滿足兩次回流焊的需求，避免二次回流焊時(shí)，第一次焊接的元器件掉件，采用“溫度階梯焊”工藝，即 PCB 的A面熱風(fēng)整平Pb-Sn合金鍍層，而在 B面涂覆無鉛焊料，這是不可取的 ； 掉件問題可以通過PCB布局設(shè)計(jì)解決，也可以通過其它工藝方法解決。1）設(shè)計(jì)方法采用雙面再流焊的混裝時(shí)，印制電路板設(shè)計(jì)應(yīng)將大元器件布放在A面，小元器件在B面。

放置在B面的元器件應(yīng)遵循以下原則：元器件（Dg）/焊盤面積＜30g/in2式中：

Dg—元件質(zhì)量；

P—該元件焊盤總面積。

雙面再流焊工藝一般先焊B 面，然后再焊 A 面，如果輔 B 面的元器件質(zhì)量過重，二次回流時(shí)可能落在再流焊爐中。

當(dāng)質(zhì)量/面積比（Dg/P）小于 30g/in2 時(shí)雙面再流焊二次回流，元器件也不會(huì)掉下來。

2）工藝方法

（1）第二次再流焊時(shí)將再流焊爐上/下溫區(qū)設(shè)置一定的溫度差，一般爐子底部溫度低于頂部溫度 20℃～30℃。

（2）采用膠粘劑：B面的SMD/SMC經(jīng)過兩次再流焊。當(dāng)A面焊接時(shí)，B 面向下，已經(jīng)焊在 B面的元器件在A面再流焊時(shí)，其焊料會(huì)再熔融，而且較大的元器件在傳送帶輕微振動(dòng)時(shí)回發(fā)生偏移，甚至脫落，所以涂覆焊膏前還需用膠粘劑固定。

五.層壓板白斑和微裂紋等質(zhì)量要求

1.IPC-610E-213

這種固有的層壓板狀況是在印制板制造或組裝過程中造成的。組裝過程中引起的白斑和微裂紋（例如：插針的壓接，再流焊等），通常不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。白斑違反最小電氣間隙的情況下，考慮到產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境條件，例如潮濕環(huán)境、低氣壓等，可能需要進(jìn)行額外的性能測(cè)試和電介質(zhì)阻抗測(cè)量?；鍍?nèi)含埋入式元器件的場(chǎng)合，可能需要規(guī)定另外的要求。

1.1白斑

1.1.1定義：一種發(fā)生在層壓基材內(nèi)部，玻璃纖維在編織交叉處與樹脂分離的情形，表現(xiàn)為在基材表面下分散的白色斑點(diǎn)或“十字紋”，通常和熱應(yīng)力 有關(guān)。

1.1.2合格1，2，3級(jí)：無白斑跡象。

1.1.3可接受1，2級(jí)

1）對(duì)白斑的要求是組件功能正常。

制程警示3級(jí)：層壓基板內(nèi)的白斑區(qū)域超過內(nèi)層導(dǎo)體間物理間距的50%。

注：白斑不是缺陷條件。白斑是在熱應(yīng)力下可能不會(huì)蔓延的內(nèi)部狀況， 且目前尚無定論證明白斑是導(dǎo)電陽極絲CAF生長(zhǎng)的催化劑。分層是在熱應(yīng)力下可能蔓延的內(nèi)部狀況，且可能是CAF生長(zhǎng)的催化劑。IPC-9691耐CAF 測(cè)試用戶指南和IPC-TM-650測(cè)試方法2.6.25提供了確定與CAF生長(zhǎng)有關(guān)的層壓版性能的更多信息。

1.1微裂紋

1.1.1定義：一種發(fā)生在層壓基材內(nèi)部，玻璃纖維在編織交叉處與樹脂分離的情形，表現(xiàn)為在基材表面下連續(xù)的白色斑點(diǎn)或“十字紋”，通常和機(jī)械應(yīng) 力有關(guān)。

1.1.2合格1，2，3級(jí)：無微裂紋跡象。

1.1.3可接受

1）1級(jí)：對(duì)微裂紋的要求是組件功能正常。

2）2，3級(jí)

（1）層壓基板內(nèi)的微裂紋區(qū)域不超過非公共導(dǎo)體間物理距離的50%。

（2）微裂紋未使間距減少到最小電氣間隙以下。

1.2.4缺陷- 2，3級(jí)

1）層壓基板內(nèi)的微裂紋區(qū)域超過非公共導(dǎo)體間物理距離的50%。

2）間距減到最小電氣間隙以下。

3）板邊緣處的微裂紋使導(dǎo)電圖形到板邊的距離減到最小距離以下，或無具體規(guī)定時(shí)，減少量大于2.5mm。

1.1起泡和分層

一般情況下，分層和起泡是因材料或工藝存在先天不足造成的。對(duì)于發(fā)生在功能區(qū)與非功能區(qū)之間的起泡和分層，只要是絕緣的，并且其它要求都滿足，可以是可接受的。

1.1.1定義

1）起泡：一種表現(xiàn)為層壓基材的任何層與層之間，或基材與導(dǎo)電箔或保護(hù) 性涂層之間的局部膨脹與分離的分層形式。

2）分層：印制板內(nèi)基材的層間、基材與導(dǎo)電箔間或任何其他面間的分離。

1.1.1合格1，2，3級(jí)：無起泡或分層。

1.1.2可接受- 1，2，3級(jí)：起泡/分層范圍未超過鍍覆孔間或內(nèi)層導(dǎo)體間距離的25%。

1.3.4缺陷：1，2，3級(jí)

1）起泡/分層范圍超過鍍通孔間或內(nèi)層導(dǎo)體間距離的25%。

2）起泡/分層使導(dǎo)電圖形間距減少至最小電氣間隙以下。

注：起泡或分層范圍可能在組裝或運(yùn)行期間增加。這時(shí)可能需要制定單獨(dú)的要求。

1.1顯布紋/露織物

1.1.1定義

1顯布紋定義：基材表面的一種狀況，雖然未斷裂的纖維完全被樹脂覆蓋 ， 但顯現(xiàn)出玻璃布的編織花紋。

1）露織物定義：基材表面的一種狀況，未斷裂的編織玻璃布纖維沒有完全被樹脂覆蓋。

1.1.1顯布紋可接受1，2，3級(jí)：顯布紋對(duì)于所有級(jí)別都可接受，但因其與露 織物相似的表面特征而很容易與之混淆。注：可用顯微剖切圖片作為顯布紋的佐證。

3）缺陷

（1）2，3級(jí)：表面損傷切入層壓板纖維。

（2）缺陷1，2，3級(jí)：露織物使導(dǎo)電圖形間距減小至最小電氣間隙以下。

2.IPC-6012C-2010

1）白斑

對(duì)于 1 級(jí)、2 級(jí)和 3 級(jí)產(chǎn)品，白斑都是可接受的。層壓板板基板中白斑面積大于相鄰導(dǎo)體間距的 50%時(shí)，對(duì)于 3 級(jí)產(chǎn)品是一種制程警示，說明材料、設(shè)備操作、工藝或制程出現(xiàn)變異，但不是缺陷。雖然應(yīng)該將制程警示作為過程控制系統(tǒng)的一部分進(jìn)行監(jiān)控，但不要求對(duì)個(gè)別制程警示進(jìn)行處置。且受影響產(chǎn)品應(yīng)照常使用。

注：白斑是層壓板中的一種內(nèi)部現(xiàn)象，再熱應(yīng)力作用下它可能不會(huì)擴(kuò)展，同時(shí)也無明確結(jié)論顯示它是導(dǎo)電陽極絲（CAF）生長(zhǎng)的誘因。分層是一種在熱應(yīng)力作用下可能擴(kuò)展的內(nèi)部現(xiàn)象，同時(shí)也可能是 CAF 生長(zhǎng)的誘因。關(guān)于耐CAF 測(cè)試，IPC-9691 用戶指南和IPC-TM-650 測(cè)試方法 2.6.25 均提供了確定層壓板CAF 生長(zhǎng)性能的其他信息。

2）微裂紋

如果微裂紋不會(huì)使導(dǎo)體間距減小至低于最小值，且沒有因?yàn)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">模擬組裝過程的熱測(cè)試而擴(kuò)大，則對(duì)于所有級(jí)別產(chǎn)品均是可接受的。對(duì)于 2 級(jí)和 3 級(jí)產(chǎn)品，微裂紋的跨距不應(yīng)當(dāng)超過相鄰導(dǎo)體間距的 50%。

3）分層/起泡

如分層和起泡影響的區(qū)域未超過印制板每面面積的 1%，且其未使導(dǎo)電圖形的間距減小至低于最小導(dǎo)體間距，則對(duì)于所有級(jí)別產(chǎn)品均是可接受的。經(jīng)過模擬組裝過程的熱測(cè)試之后，分層和起泡應(yīng)當(dāng)沒有擴(kuò)大。對(duì)于 2 級(jí)和 3 級(jí)產(chǎn)品，分層/起泡的跨距不應(yīng)當(dāng)大于相鄰導(dǎo)電圖形間距的 25%。

3.GJB4896-2003

1）白斑

按下列要求判定：1、2、3級(jí)板接收狀況（見圖17）：除用于高電壓產(chǎn)品外，白斑均可接收。

（2）1、2、3 級(jí)板接收狀況：

①1 、 2 、 3 級(jí) 板

a）缺陷未使導(dǎo)電圖形的間距減小低于最小導(dǎo)線間距。

b）經(jīng)熱應(yīng)力試驗(yàn)后缺陷不擴(kuò)大。

c）板邊緣的微裂紋不使板邊緣與導(dǎo)線的間距減小到低于規(guī)定的最小值：若未規(guī)定最小值，則間距應(yīng)大于 2.5mm。

②2、3 級(jí)板，見圖 19：微裂紋區(qū)域不超過相鄰導(dǎo)線間距的 50%。

③1 級(jí)板，見圖 20：微裂紋區(qū)域超過相鄰導(dǎo)線間距的 50%，但不使相鄰導(dǎo)線間產(chǎn)生橋接。

（3）1、2、3 級(jí)板拒收狀況：缺陷超過上述情況。

3）分層/起泡

按下列要求判定：

（1）1、2、3 級(jí)板理想狀況，見圖 21：無分層和起泡。

（2）可接收狀況，見圖 22：

①1 、 2 、 3 級(jí) 板

a）每面受缺陷影響的面積不大于板面積的1%；

b）缺陷與最近導(dǎo)體的距離滿足規(guī)定的最小間距要求；

c）缺陷經(jīng)過熱應(yīng)力、模擬返工或熱沖擊試驗(yàn)后不擴(kuò)大；

d）缺陷與板邊的距離大于規(guī)定的最小值；若無規(guī)定，則大于 2.5mm；

e）由于增強(qiáng)粘接處理面出現(xiàn)的銅箔表面變色或雜斑現(xiàn)象。

②2、3 級(jí)板：

a）在相鄰導(dǎo)體或鍍覆孔之間的起泡或分層，不大于其間距的 25%； b）任何孤立缺陷的最大尺寸不大于 0.80mm；在非導(dǎo)電區(qū)域，缺陷的最大尺寸不大于 2mm 或印制板面積的 1%。

③1 級(jí)板

缺陷在導(dǎo)體之間，并大于其間距的 25%，但未在道題之間產(chǎn)生橋接。

（3）1、2、3 級(jí)板拒收狀況缺陷超過上述規(guī)定。

注：受影響的面積是由各缺陷面積的總和除以印制板的總面積來確定的。每面應(yīng)單獨(dú)測(cè)量。

4.GJB362B-2009對(duì)白斑和微裂紋等的質(zhì)量要求

1）斑點(diǎn)

理想情況下應(yīng)無斑點(diǎn)。斑點(diǎn)若屬于下列情況可以接收：

（1）斑點(diǎn)是半透明的；

（2）斑點(diǎn)是顯布紋，而不是分層或分離

（3）孤立的斑點(diǎn)離導(dǎo)線的距離不小于 0.25mm?；蚪?jīng)過任何焊接操作后不擴(kuò)大（凝膠顆粒不管在任何位置均可以接收）。

2）白斑和裂紋

理想情況下應(yīng)無白斑和裂紋。若屬于下列情況可以接收：

（1）若印制板不用于高電場(chǎng)，則白斑可接收；但白斑總面積應(yīng)不大于印制板總面積的2%（兩面計(jì)算），任何方向的尺寸應(yīng)不大于0.80mm；且不使相鄰導(dǎo)電圖形之間橋接；

（2）裂紋未使導(dǎo)電圖形的間距減小到低于布設(shè)總圖中規(guī)定的最小值；

（3）熱應(yīng)力試驗(yàn)后裂紋不擴(kuò)大；

（4）板邊緣的裂紋不應(yīng)使板邊緣與導(dǎo)線的間距減小到低于布設(shè)總圖中規(guī)定的最小值；若未規(guī)定最小值，則間距的減小應(yīng)不大于 2.5mm；

（5）裂紋不應(yīng)超過相鄰導(dǎo)線間距的 50%。

5.QJ831B-2011對(duì)白斑和微裂紋等的質(zhì)量要求

1）白斑和裂紋

如果不用于高電場(chǎng)，多層板上的白斑和裂紋應(yīng)不大于多層板總面積的2%，在內(nèi)層導(dǎo)線間，應(yīng)不大于該處間距的 25%，在任何方向上的尺寸應(yīng)不大于 0.8mm。

2）表面下斑點(diǎn)表面下斑點(diǎn)符合下列條件時(shí)，應(yīng)判為合格：

（1）當(dāng)表面下斑點(diǎn)是半透明的，或確知為顯露布紋而不是分層和分離；

（2）孤立的斑點(diǎn)距導(dǎo)線的距離至少 0.25mm；

（3）經(jīng)過任何焊接操作后不擴(kuò)大

結(jié)束語 為提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和組裝焊接質(zhì)量，實(shí)施可制造性設(shè)計(jì)和工藝過程控制是必不可少的?！陡呖煽坑≈齐娐钒蹇山邮軛l件》就是高可靠 PCBA 組裝焊接的前提。

我們應(yīng)立足預(yù)防為主，在設(shè)計(jì)階段就對(duì)不同等級(jí) PCB 的可接受條件作出明確規(guī)定，其中包括PCB 的驗(yàn)收要求；例如軍品可以按照GJB362B 的規(guī)定進(jìn)行PCB 的驗(yàn)收，這樣就可以控制PCB 供貨的質(zhì)量源頭。

在此基礎(chǔ)上，強(qiáng)化PCBA 組裝焊接工藝控制，就可以避免類似白斑、微裂紋、分層和起泡等質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

業(yè)內(nèi)人士往往注重于各類分析，例如案例分析、質(zhì)量分析、可靠性分析和缺陷分析等；這是不可少的，但總體上屬于“事后諸葛亮”。

各類分析的最終目的不是就事論事，而是要落實(shí)到預(yù)防為主的措施上來，這就是前面提到過的可制造性設(shè)計(jì)和工藝過程控制。

如果我們的印制板是按照GJB362B 驗(yàn)收的，就可以排除PCB 貨源的問題。在組裝焊接中出現(xiàn)“白斑”的原因基本上是焊接溫度過高，例如軍品焊接無鉛BGA 時(shí)峰值溫度要達(dá)到 240℃，或手工焊接時(shí)實(shí)際焊接溫度過高，焊接時(shí)間過長(zhǎng)，PCB 的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度過低等，需要引起我們的注意 。

審核編輯：湯梓紅