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1、电子产品 对印制板质量可靠性的要求,1,2010.11.,目次,1.可靠性概述 定义 研究的意义 浴盆曲线 可靠性指标 可靠性设计技术内容 2.终端客户对PCB质量可靠性要求的新趋势 AF 无卤印制板 PCB无铅化 特种PCB特种要求 PCB清洁度测试 汽车印制板 印制板表面涂敷 化学沉镍金 高均匀性超薄铜箔 印制电子 3.电子产品对印制板质量可靠性要求 外部可观察特性 内部可观察特性 可焊性 电气完整性 其它特性 PCB生产流程可靠性测试项目和要求,2,1. “可靠性”概述,1.1什么叫可靠性?（英文：Reliability） 定义,国家标准的规定: 产品的可靠性是指:产品在规定的条件下,在
2、规定的时间完成规定的功能和能力. 可靠性问题的研究是因处理不可靠的问题,于第二次世界大战期限间发展起来的.可靠性设计的研究始于20世纪六十年代,首先应用于军事和航天、电子等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。 “可靠性”指的是“可信赖的”，或“可信任的”。 平常，我们说一个人是可靠的，就是说这个人说得到做得到；而一个不可靠人是指一个不一定能说到做到的人。是否做得到，要取决于这个人的意志、才 能和机会。 同样，一台电子产品，仪器设备，当人们要求他工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。,3,(1)防故障和事故障发生,避免引发灾难性的事故.
3、 美国航天飞机“挑战者号”,一个密封圈失效,起飞76秒后爆炸,7名宇航员丧失,13亿美元损失(1986.1.28)。 90年代,美国UL发表文告,说中国的印制板在美国引起多次设备仪器起火,原因是中国的PCB厂使用的板材是非阻燃的,但是打上了UL标记. (2)提高产品的可靠性,能使产品费用降低,减少停机时间. GE公司分析,对发电、矿山、运输等连续作业的设备，即使可靠性提高1%，成本提高10%也是合算的。可靠性高，维修费、停机检查费用损失可大大减少。 (3)改善企业信誉，培强企业竞争力，扩大市场客户，提高经济效益。 产品的可靠性越高，产品无故障工作时间越长。,4,1.2.可靠性研究的意义,1.3
4、.可靠性指标,(1)可靠度: 在规定的条件下,规定时间内完成规定的功能和能力的概率,即平均无故障时间. (2)平均维修时间: 产品从发现故障到恢复功能所需要的时间. (3)失效率: 产品在规定使用条件下,使用到某一时间,产品失效的概率.,5,1.4.可靠性特性曲线,浴盆曲线 (1)早期失效期 在试验和设计初期,由于产品设计制造中的错误,软件不完善,元器件筛选不够等原因,造成早期失效率高. (2)偶然失效期 通过修正设计,改工艺,优化元器件,作整机试验,产品进入稳定失效期. (3)耗损失效期 由于器件损耗,整机老化,维护等原因,产品进入耗损失效期. 这就是可靠性特性曲线逞“浴盆曲线”的原因.,6
5、,耗损 失效期,1.5.电子产品可靠性设计的基本准则,产品结构与电路尽量简便. 尽量造用成熟的结构和典型的电路. 结构简单化,积木化,插件化. 采用新电路,新器件,注意标准化. 采用新技术,充分关注继承性. 尽量采用数字电路,集成电路. 对性能指标,可靠性指标要综合考虑. 尽量采用传统工艺和习惯的操作方法. 不断采用新的可靠性设计技术.,7,1.6.电子产品可靠性设计的技术内容,(1)元器件限额设计 降低在元器件上的工作应力(电、热、机械应力等）、限额条件和降额量值。 (2)热设计 10法则:环境温度提高10 ,元器件寿命降低1/2. (3)冗余化设计 一台或多台相同单元(系统)构成并联形式,
6、当其中一台发生故障,其它单元(系统)仍在正常工作的设计技术.安全性,经济性高的场合,需特别考虑,例如程控电话总机交接系统,运行器的控制系统.,8,(4)电磁兼容设计 即耐环境的设计,分二类: 电子电路,设备,系统在工作时,由于相互干扰或受外界干扰,达不到预期的技术指标. 设备系统虽没有直接受到干扰的影响,但不能通过电磁兼容的标准.如计算机设备超过电磁发射标准规定的极限值,或在电磁敏感度,静电敏感度上达不到要求. 为达到电磁兼容状态,修改设计,屏蔽机箱,电源线滤波,信号线滤波,接地,电缆线改动等. (5)其它: 软件可靠性设计,故障弱化设计,漂移设计等. (PCB,在湿环境,盐雾环境下,绝缘电阻
7、产生下降,对电子产品性能产生影响),9,2.终端客户对PCB质量可靠性要求的新趋势,这种新要求是基于PCB向线细、小孔、板薄、积层的发展趋势，以及ROHS法令、电子产品向高频传输等社会环境下，而提出来的。 2.1.AF (1)何为AF 英文:Coductive Anodic Filament 中文：阳极性玻璃丝之漏电现象，玻纤纱式漏电 解释 板面上，二根导线或二个镀通孔相距太近，一旦板材吸收水气多时，相邻导线或孔壁其正负电极向顺着玻纤表面，而出现的电子迁移现象 如图,10,CAF,CAF,CAF,PCB易产生CAF 孔直径.3mm 线 宽.1mm 原因：玻纤布表面经过“硅(砂)烷处理（Sila
8、ne Treatment），表面生成一层有机薄膜。一旦水气多时，又恰好导线底孔壁边缘压触到玻纤布时，这层薄膜具有大的极性，而呈现轻微漏电现象，称为CAF。 常发生的CAF：孔壁之问，孔壁到线路，线路之间漏电。,小孔壁之间发生CAF占比例最大,13,能否消灭CAF？（取消玻纤布表面的有机树脂处理，铜箔表面的粗化处理，可减少CAF。但板材表面的剥离强度会受影响。） （）产生CAF的因素 无卤基材；树脂中不添加阻燃剂溴(Br),而改用有机磷，A1(OH)320%以协助阻燃，但吸水率相对增多 钻孔粗糙，孔壁藏水进刀量不当 除胶渣（去钻污），凹蚀过头 黑化不当粉红圈产生 PTH（化学沉铜），孔壁渗铜 孔
9、密，线间距太细，如50微米，30微米 基材中有缝隙，容易吸入水氧,14,粉红圈,2.2.无卤印制板,(1)欧盟ROHS法令，阻燃剂： 禁：PBB(多溴联苯),POBE(多溴二苯醚)，五溴、八溴、十溴二苯醚. 未禁：FR4主力阻燃剂（四溴双酚A）。（全球最广泛、最主要的阻燃剂，性格比最好的防火安全材料） 。 BSEF（溴化学国际工业组织）经多年评估，得出四溴双酚A对人体是安全、健康的，对环境不会带来风险.欧盟经8年风险评估，已批准常用四溴双酚A。 70%电气设备中使用四溴双酚A，全球用量为18万吨/年. FR4板材中，Br占15-20%(重量比)。 (2)为什么还要无卤基材? 心理作用:有卤素作
10、阻燃剂的板材,可能就有毒,不环保。 世界环保组织,绿色和平组织(Green Peace)施加压力：APPLE，LGE，PANASONIC，TOSHIBA，SONY，HP，NOKIA，DELL，LENOVO，MOTORLA 世界著名的大的OEM,电子通信设备商,对供应商施加压力。,15,于是,无卤,无铅板材成为未来的板材主流,盖过一切. (3)无卤印制板 附着力差.板材脆性大. 无铅热风整平,元器件装配,热应力试验,爆板分层,起泡.投诉多多,报废多多. 吸水率增多(为约0.8%,常规0.3%)易产生CAF(密孔区易损伤). 改变传统FR4的加工习惯. 钻孔要用新的钻孔参数,进刀量降低,钻速加快.
11、 黑化,对铜面作超粗化,以增加附着力.印阻焊前也要对铜面作超粗化. 去钻污,参数重新修订,过度除胶渣会加速CAF. 价钱也贵些(10-20%)。 (原因:板材加入有机磷化合物作阻燃,P3%,若多加产生易吸水,脆性加大,成本贵.磷不能多加,只好增大A1(OH)3填料量,或混加Si02。这样阻燃性能达到了,但机加工和附着力性能下降了。）,16,爆板,爆板,(4)未来 无卤板材仍会逐年增大,潮流不可阻挡.(客户指定) PCB厂要适应无卤板材的一套工艺,加工工艺需作一系列改变. 板材厂不断改良配方. 近年,投诉会更多,报废多多,退货多多。(爆板,分层,起泡,CAF)PCB厂,CCL厂在“骂”声中成长,
12、前进. 讨论:“无卤板材”叫法是否合适?(无卤标准:(C1+Br)总量0.15%,或单独CI, Br分别0.09%.)卤素包括氟,氯,溴,碘,聚四氧乙烯板材含氟多多,算不算有卤?,21,2.3 PCB无铅化 （1）PCB厂需向客户提供符合ROHS法规的证明,无铅PCB,包含四个内容： 板材符合ROHS。 阻焊油墨无Pb，符合ROHS。 （Pb1000ppm） 表面涂敷，无铅。替代的是：沉Ni/Ag,沉Ag，沉Sn，OSP，无铅热风整平。 PCB裸板,检测符合ROHS。 （2）近年来，无Pb印制板常出现问题：起泡，分层，爆板。引发批量退货，报废，索赔（元器件、运费、人工费，等，为PCB本身价的1
13、030倍）。发生这类问题频次高，带普遍性。 （3）主要原因： 无铅热风整平，使用的焊料多为日本305配方(Sn Ag Cu合金,锡96.5%,银3.0%,铜0.5%),或SN100CI配方(Sn-0.7Cu-0.05Ni),其熔点217 ,比传统的铅锡合金(37%Pb63% Sn,183 )提高了34 ,无铅喷锡(热风整平)温度为265-270 。有时候，板子喷得不好，还得返工1-2次，引起板子分层起泡。有时候阻焊也会起泡。,22,客户要求热应力试验，过去288 ，10秒一次，美国军标合格即可（孔壁不分离，不分离起泡），现在，要288 ，10秒，作三次。板子会分层，起泡，孔壁分离。 客户SMT
14、元器件装配，也用无铅焊料，迴回流焊波峰焊的温度也提高了，如果270 以上焊接，有时一批板有几块分层起泡，客户整批退货，索赔。 客户接收PCB，贮存半年，甚至一年以上，元器件装配前不烘板，270 下无铅焊接，板子分层，起泡。（目前，热风整平的无铅焊料，比较多的使用SN100Cl、SCN配方，焊料成分是：Sn-0.7Cu-0.05Ni(或Ge,锗，0.005%)。（Ni的存在，减缓了铜在界面金属化合物(IMC)的扩散速度。Ge的存在，目的是形成一层保护性的氧化膜。） (而SMT波峰焊,使用305,即锡96.5%银3.0%铜0.5%配方,熔点217). PCB厂的板子被客户索赔，批量退货，有时会拉着
15、板材厂、化学药水企业一起赔偿。爆板分层起泡引起的原因，总能同板材厂和化学药水公司拉上关系。 处理措施：采购耐热性能高的FR4板材，烘板，现场服务，焊接温度调低5 ，265 ，等等。 （我的一个朋友，开SMT装配厂，小批量的，他的体会是：非出口欧洲产品的装配，PCB，元器件为无铅要求，焊接元器件时为有铅，仍用铅锡合金。焊接温度比传统工艺高几十度，OK。不会爆板，分层）。,23,2.4 特种印刷板的特殊要求. (1)品种. 高频微波板. 金属基印制板(铅基、铁基、铜基）。 厚铜板（高频板材+特种介质层+厚铜板）。 背母板 （2）三特。 特殊板材:DK(1.1510.5),Df,金属基,高频厚铜板材
16、。 特殊加工工艺：PTH，成型，测试独特的加工方式，设备，工艺，装配工具。 特殊性能：高频通信，高速使输，高散热性，用在高档的电子通信产品上。 （导线上通过的不是电流，而是信号）。,24,（3）市场. 火爆.特种板材厂,特种PCB厂,作得好的,增幅30-50%,没受金融风暴 影响。特种PCB，价格也高些（几千几万元/平方米）。 但要作好特殊板不容易，挤进高档客户很难，要求苛刻。 特殊板市场不大，约占全球PCB总量的4-5%。 近年来，伴随着高新科技电子产品的发展，增长速度相当快。 LED(发光二极管)照明正成为照明节能的大势所趋.高导热性PCB和基材,现己成为PCB行业的”热门”产品,成为PCB市场竞争中的新动向,新焦点. （4）PCB制作的难点. A 高频微波板. 板材:DK2.6 , 2.83.2, 3.5-3.8; CTE(热膨胀系数);阻燃。 线宽/间距公差要求严格：IPC-6018，10%；客户很多要求0.02mm,甚至0.015mm。 导线划伤，凹坑，缺口，针孔
