張伯興 陳文錄 劉曉陽

（無錫市33號信箱，江蘇 無錫 214083）

在國家軍民融合政策引領(lǐng)之下，越來越多的民營企業(yè)參與到軍用印制板制造領(lǐng)域，其典型代表有廣州杰賽、深南電路、興森快捷、嘉捷通、牧泰萊等。在軍用印制板領(lǐng)域，傳統(tǒng)廠家有無錫江南所、中電15所、中電14所、中電38所、航天771所、航天716所等。當(dāng)軍用印制板的神秘面紗被揭開以后，從業(yè)人員面臨的最直接的一個問題就是國內(nèi)軍用標(biāo)準(zhǔn)與國際上的通用標(biāo)準(zhǔn)相比，缺乏頂層設(shè)計，未形成體系化，而且標(biāo)準(zhǔn)更新速度慢，內(nèi)容覆蓋不完全。很多細節(jié)之處，只能參照IPC標(biāo)準(zhǔn)。需要指出的是，軍用印制板產(chǎn)品定制性很強，當(dāng)有質(zhì)量問題發(fā)生時，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)語焉不詳，只能參考國外標(biāo)準(zhǔn)，軍工用戶與廠家往往就會打起口水仗。

因此，針對一些細節(jié)問題，通讀各個方面的標(biāo)準(zhǔn)，并進行對標(biāo)就顯得尤為重要。

1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)對印制板產(chǎn)品評估與檢測可以依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有國際、國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)包括國家標(biāo)準(zhǔn)/推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB、GB/T）、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（電子行業(yè)SJ、SJ/T、航天行業(yè)QJ及CPCA標(biāo)準(zhǔn)）等。國外標(biāo)準(zhǔn)目前使用最為廣泛的有國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)、國際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會（IPC）標(biāo)準(zhǔn)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JISC）標(biāo)準(zhǔn)等。

與成立數(shù)十年的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織相比，國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化工作起步晚，存在著明顯的差距和不足，如對印制板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系、框架研究不夠，標(biāo)準(zhǔn)滯后于行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢等問題。通過閱讀，可以發(fā)現(xiàn)民用標(biāo)準(zhǔn)的驗收判據(jù)100%引用美國的IPC標(biāo)準(zhǔn)或IEC標(biāo)準(zhǔn)；軍用標(biāo)準(zhǔn)，包括航天標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是參照美國IPC各類標(biāo)準(zhǔn)編寫的，驗收判據(jù)是按照美國航天局（NASA）、美軍標(biāo)（MIL）或歐洲航天局（ESA）的標(biāo)準(zhǔn)編寫的。

目前我國在電子制造工藝標(biāo)準(zhǔn)方面存在的不足之處包括以下幾個方面：

（1）尚未像IPC那樣形成一個有關(guān)電子制造的完整的標(biāo)準(zhǔn)體系；

（2）IPC標(biāo)準(zhǔn)宣傳、引用的多，國外軍用標(biāo)準(zhǔn)使用的少；

（3）有些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很陳舊，未能得到及時更新；標(biāo)準(zhǔn)多年一貫制，未能建立標(biāo)準(zhǔn)的定期更新制度。

目前，國內(nèi)常見的印制電路板標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種。

1.1 國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 4677 印制電路板試驗方法

GB/T 16261 印制板總規(guī)范

GB/T 4588.2 有金屬化孔單雙面板分規(guī)范

GB/T 4588.4 多層印制板分規(guī)范

1.2 軍用標(biāo)準(zhǔn)

GJB 362 剛性印制板通用規(guī)范

GJB 7548 撓性印制板通用規(guī)范

GJB 4896 軍用電子設(shè)備印制板驗收判據(jù)

GJB 4057軍用電子設(shè)備印制電路板設(shè)計要求

GJB 2830撓性和剛撓印制板設(shè)計要求

1.3 國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

SJ 20632 印制板組裝總規(guī)范

SJ/T 10717 多層印制板能力詳細規(guī)范

SJ 20604 撓性和剛撓印制板總規(guī)范

SJ 20748 剛性印制板及剛性印制板組裝件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

SJ 20810 印制板尺寸與公差

SJ 10329 印制板返修,修理和修改

1.3.2 航天工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

QJ 3103 印制電路板設(shè)計要求

QJ 201 航天用剛性單雙面印制電路板規(guī)范

QJ 509印制電路板試驗規(guī)范

QJ 831 航天用多層印制電路板通用規(guī)范

QJ 832航天用多層印制電路板試驗方法

上述標(biāo)準(zhǔn)中，最新的也是2012年修訂更新的。其中有些日常生產(chǎn)過程中常見的問題不能與時俱進，不能及時更新，不能與國外標(biāo)準(zhǔn)接軌。

2 常見案例

2.1 HASL焊盤退潤濕問題

根據(jù)IPC定義，熔融焊料涂覆在金屬表面上然后回縮，導(dǎo)致形成有焊料薄膜覆蓋且未暴露金屬基材或表面涂覆層的區(qū)域分隔開的不規(guī)則焊料堆積的一種狀況，稱之為退潤濕（見圖1）。

圖1 IPC-A-600H 2.4.2 圖242a

HASL工藝由于生產(chǎn)成本低，其涂覆層與焊接用焊料兼容性好，因此得到廣泛應(yīng)用。但受印制板尺寸、焊盤尺寸及幾何圖形的影響，其平整性與厚度均勻性控制有一定難度。焊料涂敷層越薄，平均失效時間越短。隨著印制板組裝密度的增加，焊接溫度也隨之上升。高溫焊接后，焊料涂覆層合金化，而造成可焊性降低，以焊盤邊緣或PTH孔拐角位置最為明顯，出現(xiàn)退潤濕或不潤濕現(xiàn)象。

針對HASL工藝，只有《IPC-7095C BGA設(shè)計和組裝工藝》標(biāo)準(zhǔn)在5.3.1中提及焊料涂敷層厚度變化很大，達到0.8 μm～38 μm。其余的印制板驗收標(biāo)準(zhǔn)中對焊料涂覆層的厚度是沒有定義的，具體要求（見表1）。

表1 焊料涂覆層厚度

從表1可以看出，各個標(biāo)準(zhǔn)對非熱熔的鉛錫焊料涂層厚度沒有具體規(guī)定，只是要求覆蓋并且可焊。但是由于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系不完備，供需雙方在成品板的“覆蓋”上是沒有異議的，但是對于“可焊”的理解有較多爭議。這種爭議的焦點就是可焊性的測試方法。

《IPC-6012D 剛性印制板的鑒定與性能規(guī)范》“表3-3 最終涂覆和涂敷層的要求”中規(guī)定，裸銅上不論是有鉛焊料涂覆層還是無鉛焊料涂敷層，都要求覆蓋并且可焊。并滿足適用規(guī)范J-STD-003和J-STD-006的要求。這個要求就是老化處理后，可焊性良好。反觀，國內(nèi)應(yīng)用非常廣泛的兩份標(biāo)準(zhǔn)，《GJB 362B-2009 剛性印制板通用規(guī)范》和《QJ 831B-2011 航天用多層印制電路板通用規(guī)范》對可焊性的試驗方法中缺少老化處理的要求。

這里有個遺憾之處，《GB 4588.4-1996 剛性多層印制板分規(guī)范》曾提及可焊性測試，應(yīng)分交收態(tài)與加速老化兩種狀態(tài)進行測試。但是，該標(biāo)準(zhǔn)未曾引起重視。在國內(nèi)，民品用IPC標(biāo)準(zhǔn)，軍品用國軍標(biāo)或航天標(biāo)準(zhǔn)，使得國標(biāo)的存在感甚微。

在國內(nèi)，尤其是軍工研究所，遇到可焊性問題時，常常與PCB廠家發(fā)生爭議。如圖2所示，印制板上陣列焊盤表面鉛錫焊料分布不均，焊盤上一邊焊料較厚，一邊實際是半潤濕狀態(tài)。通常陣列器件是在一次回流焊以后再焊接的，容易出現(xiàn)虛焊。但是，PCB廠家按軍用標(biāo)準(zhǔn)測試交收態(tài)的印制板或試樣，是完全合格的。

其實印制板元件面在一次回流焊以后進行焊接陣列器件，實際隱含了印制板涂覆層必須能夠經(jīng)受要求蒸氣老化試驗的要求。

圖2 焊盤表面鉛錫焊料分布

筆者曾有幸翻閱多家國際大公司（如華為、戴爾、英特爾等）的印制板驗收要求，無一例外地在可焊性方面都重彩濃墨地強調(diào)要求按J-STD-003進行試驗。

2.2 印制板烘烤問題

印制板在電裝前要不要烘烤？怎么烘烤？這是今年來筆者經(jīng)常遇到的一個問題。不過要解決這個問題，也有一個逐步加深認識的過程。隨著印制板日趨復(fù)雜，板厚越來越厚；組裝密度越來越高，焊接溫度也隨之提高。然而，印制板在存儲過程中容易吸潮，在高溫焊接時，容易出現(xiàn)可靠性問題。但是，針對印制板在組裝前的烘烤問題，各個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定也是各不相同。以下列舉幾個例子。

（1）《IPC-1601印制板操作和儲存指南》表2中規(guī)定：

表2

（2）《ECSS-Q-ST-70-08C 航天產(chǎn)品質(zhì)量保證高可靠性電子連接器手工焊接》7.7中規(guī)定：

①烘烤溫度應(yīng)在90 ℃～120 ℃之間；

②至少烘烤4 h。

備注1：長時間烘烤會降低PCB焊盤的可焊性；備注2：真空烘烤溫度可低于90℃。

（3）《QJ 3117A-2011 航天電子電氣產(chǎn)品手工焊接工藝技術(shù)要求》5.4中規(guī)定：

印制電路板在組裝前，應(yīng)進行預(yù)烘去濕處理。單雙面印制電路板預(yù)烘溫度為80 ℃～85 ℃，多層印制電路板預(yù)烘溫度為110 ℃～120 ℃，時間均為2 h～4 h。

需要指出的是，原來的標(biāo)準(zhǔn)（1999版）是沒有上述要求，這條要求是后來新加的。

（4）《ECSS-Q-ST-70-60C 航天產(chǎn)品質(zhì)量保證印制線路板的鑒定與采購》9.2.2中規(guī)定：

在正常大氣壓下，最少在120 ℃下烘烤8h。

從上面的對比中可以看出，印制板在組裝前需要進行烘烤去濕，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)達成共識，只是烘烤條件略有出入。但要指出的是，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)只提需要烘烤去濕，但烘烤對可焊性的潛在影響只字不提。這是國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的不足之處。同時，僅有一份國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)提及印制板烘烤去濕，國外標(biāo)準(zhǔn)反而都開始逐漸重視這一問題。例如，《IPC-1601 印制板操作和儲存指南》3.4.1就針對不同的表面處理方式在烘烤后引起的問題展開了論述。

2.3 阻焊膜厚度問題

阻焊膜是一個仁者見仁，智者見智的問題?，F(xiàn)在無論是通信產(chǎn)品還是軍工產(chǎn)品，印制板表面阻焊膜出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象，都是不可接收的。原因有兩個：（1）阻焊膜發(fā)黃，可能會在焊接過程中粘上焊料，易造成短路；（2）軍品的使用環(huán)境惡劣，印制板表面阻焊膜發(fā)黃，在進行濕熱和絕緣電阻試驗時，容易出現(xiàn)導(dǎo)線表面發(fā)黑，阻焊膜剝落現(xiàn)象，造成可靠性問題。IPC標(biāo)準(zhǔn)中對阻焊膜的厚度沒有明確要求。國軍標(biāo)、航天標(biāo)準(zhǔn)及歐洲印制板標(biāo)準(zhǔn)中有具體的規(guī)定（見圖3）。

圖3 阻焊膜厚度

很明顯，PERFAG 3C標(biāo)準(zhǔn)制定時間最早。國軍標(biāo)與航標(biāo)是引用了它的圖。從合理性來看，PERFAG 3C最好，只對導(dǎo)體肩部與頂部做了規(guī)定，但又恰如其分，切中肯綮。GJB362B標(biāo)準(zhǔn)沒有考慮到導(dǎo)線肩部。QJ831B標(biāo)準(zhǔn)則要求基材上方阻焊膜厚度不大于0.1 mm，沒有考慮到電源模塊印制板厚銅的要求。電源模塊板雖然圖形簡單，層數(shù)不高，但是外層導(dǎo)體厚度動輒幾百微米厚，阻焊膜厚度也是水漲船高的，可以輕易超過0.1 mm這個坎。

除此之外，IPC 最為經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)是IPCSM-840，沒有對阻焊膜厚度做具體要求。在《IPC-4761印制電路板導(dǎo)通孔保護設(shè)計規(guī)則》中推薦了四種孔的防護性措施，也沒有對阻焊膜厚度做具體要求。IPC-6012D “3.7.1阻焊膜覆蓋”中規(guī)定，“阻焊劑可以掩蓋或填塞導(dǎo)通孔，為了達到上述目的可以要求焊盤上阻焊最大高度為50 μm”。這條規(guī)定帶來的問題是現(xiàn)在精細節(jié)距（0.8 mm、1.0 mm甚至更小）的元器件越來越多，要是阻焊膜厚度接近50 μm，又是阻焊膜限定焊盤（SMD）的情況，將造成元器件虛焊，讓人痛心疾首。見圖4所示，是一些高科技公司對阻焊膜厚度的要求，簡單明了，但是實用性非常強。

實際上，當(dāng)印制板全是插裝器件時，不會關(guān)注阻焊膜厚度。早期的印制板，都是連阻焊膜都沒有的。但是隨著表面貼裝技術(shù)的普及，阻焊膜太厚將會影響組裝。倒裝芯片組裝因其節(jié)距更小，對阻焊膜最大允許厚度要求也更嚴(yán)格。同時，考慮到阻焊膜的介電常數(shù)，對一些表層有阻抗要求的印制板而言，阻焊膜也是一個影響因素。也正因為這樣，標(biāo)準(zhǔn)的制定更要聯(lián)系實際，與時俱進。

2.4 蓋覆銅問題

圖4 阻焊膜覆蓋

隨著印制板布線密度不斷提高，機械鉆孔孔徑越來越小，越來越密。印制板上設(shè)計盤中孔（via in pad）結(jié)構(gòu)也是司空見慣。隨之而來的則是與盤中孔相配套的樹脂塞孔技術(shù)和蓋覆電鍍技術(shù)。早在2008年4月，IPC發(fā)布IPC-6012B Amendments 2，對包覆銅的長度（不小于25 μm）和厚度（不小于12 μm）做出了具體規(guī)定；2010年4月，IPC-6012C發(fā)布，又將蓋覆銅厚度要求納入其中（見圖5）。

圖5 盤中孔包覆銅

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，3級品蓋覆銅的厚度不小于12 μm。目前，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，如GJB 362、QJ831等，在修訂時已陸續(xù)將這部分要求收入其中。這里需要特別指出的是，印制板設(shè)計盤中孔，如果僅僅是12 μm的蓋覆銅，能夠經(jīng)受得住元器件返修。從正式焊接到返修一次元器件，焊盤要先后經(jīng)受3次183 ℃以上的高溫。反復(fù)的高溫作用，鉛錫焊料將會熔銅，且熔銅的程度與實際操作過程密切相關(guān)。電子組裝件還要經(jīng)受后續(xù)一些列的應(yīng)力篩選試驗。后續(xù)有沒有潛在隱患呢？答案不得而知。

筆者有幸翻閱了2018年發(fā)布的《ECSS-QST-70-60C 航天產(chǎn)品保證 印制電路板的鑒定與采購》。其中，就要求蓋覆銅的厚度不小于25μm。這主要是航天電子組件手工焊接多，每個焊點的焊錫量也多，焊接與返修所用的熱量都比較大。從這里可以看到兩點：（1）民用標(biāo)準(zhǔn)與軍用標(biāo)準(zhǔn)存在差異，要具體問題具體分析；（2）國外研究機構(gòu)也面臨印制板布線密度日益增高的窘境，但對應(yīng)用新技術(shù)帶來的潛在隱患的研究，是走在國內(nèi)機構(gòu)和廠商前面的，是引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的。

3 結(jié)論

通過上述案例分析，我們可以看出我國電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一直都是“拿來主義”，主要是通過跟蹤國外標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，將國外的標(biāo)準(zhǔn)“請進來”。盡管中國電子電路行業(yè)協(xié)會（CPCA）成立以來，已經(jīng)進行了卓有成效的工作。承擔(dān)起更多的社會責(zé)任，制定了《印制電路規(guī)范條件》、《印制線路板廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》；推動了國際合作，與IPC、JPCA合作，發(fā)布多份標(biāo)準(zhǔn)；與業(yè)內(nèi)“領(lǐng)頭羊”企業(yè)合作，合作開發(fā)了多份標(biāo)準(zhǔn)，如《印制板安全性能規(guī)范》、《高密度互連印制電路板技術(shù)規(guī)范》、《印制板鉆孔用墊板》、《印制板用硬質(zhì)合金鉆頭》、《印制板用金屬基覆銅箔層壓板》等，但與繁復(fù)的印制電路板工藝技術(shù)體系相比，這些標(biāo)準(zhǔn)畢竟還不成體系。

在經(jīng)濟全球化的今天，“得標(biāo)準(zhǔn)者得天下”，標(biāo)準(zhǔn)的作用已不只是企業(yè)組織生產(chǎn)的依據(jù)，而是企業(yè)開拓市場、占領(lǐng)市場的“排頭兵”。什么時候我們才能有屬于中國自己的“游戲規(guī)則”呢？筆者認為應(yīng)從以下幾方面

（1）加強頂層設(shè)計，改革標(biāo)準(zhǔn)體系和標(biāo)準(zhǔn)化管理體制。設(shè)計開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、材料標(biāo)準(zhǔn)、性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)、驗收判據(jù)等領(lǐng)域應(yīng)逐個模塊進行體系化開發(fā)，而非只開發(fā)單個標(biāo)準(zhǔn)。

（2）瞄準(zhǔn)科技前沿，加快重點標(biāo)準(zhǔn)制訂步伐。5G通訊、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算、綠色生產(chǎn)等必然引起材料、工藝的變革，應(yīng)緊跟科技發(fā)展步伐，在行業(yè)重點領(lǐng)域加緊加快制定標(biāo)準(zhǔn)。

（3）發(fā)揮企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)制定中的重要作用，支持組建標(biāo)準(zhǔn)推進聯(lián)盟，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新研究團隊，協(xié)同推進產(chǎn)品研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)制定。

（4）擴大國際交流，加強標(biāo)準(zhǔn)國際化合作，鼓勵和支持企業(yè)、科研院所、行業(yè)組織等參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定，加快我國標(biāo)準(zhǔn)國際化進程。

綜上，質(zhì)量是建設(shè)制造強國的生命線，工藝和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)更是重中之重。《中國制造2025》將“質(zhì)量為先”列為基本指導(dǎo)方針之一。筆者與讀者都將是中國制造2025的參與者和見證者。強化標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，建設(shè)制造強國，希冀本文能夠拋磚引玉，激發(fā)同行的共鳴，積極推動電子電路行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進步和發(fā)展，為我國先進制造發(fā)展，落實工業(yè)制造強國戰(zhàn)略貢獻力量。