熱帶海洋環境條件對印制電路板性能參數的影響分析

袁 敏，鄒 凡，王 忠

（工業和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

熱帶海洋環境條件對印制電路板性能參數的影響分析

袁 敏，鄒 凡，王 忠

（工業和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

分析了熱帶海洋環境條件對印制電路板影響的主要敏感電氣參數，采用典型印制電路板工藝樣件開展了西沙自然大氣暴露試驗，根據試驗結果，對敏感參數的變化規律進行了分析。

熱帶海洋環境；印制電路板；影響

引言

熱帶海洋環境具有高溫、高濕、高鹽霧及霉菌生長活躍等典型環境條件特點，對印制電路板具有顯著的影響效應。印制電路板是電子產品功能性能的載體，對惡劣環境條件的影響非常敏感。在惡劣的環境條件下，印制電路板性能指標的劣化容易產生連鎖反應，某一電氣性能指標劣化，極易引起其它性能指標的一并變化，因而印制電路板防護工藝體系的崩潰。

印制電路板均會做好防護措施，常見的防護措施是在表面進行敷形涂覆，俗稱“三防處理”，避免印制電路板基材、線路、器件等直接接觸敏感環境條件。進行三防處理后，一般會進行濕熱、霉菌、鹽霧試驗，以驗證防護性能。由于一般研制廠所缺乏自然暴露試驗條件，只能進行實驗室試驗，所得結果與自然暴露試驗的結果顯然存在一定的差異，況且實驗室驗證試驗方案的合理性仍然值得商確。

本文通過對典型印制電路板涂覆工藝進行西沙自然大氣暴露試驗，并對典型電氣參數進行分析，探討自然大氣暴露試驗條件對印制電路板防護工藝典型性能參數的影響。

1 試驗

1.1 方案

選取常見的三種印制電路板涂覆工藝，分別為1#丙烯酸樹脂（AR）、2#聚氨酯樹脂（UR）、3#有機硅樹脂（SR），開展西沙熱帶海洋環境暴露試驗，定期撤回進行腐蝕外觀和敏感電氣性能檢測，包括絕緣電阻、介質耐電壓性能和Q值特性。

1.2 參數影響及其意義

熱帶海洋條件下濕熱、霉菌、鹽霧環境容易對印制電路板表面的物理或化學、機械及電氣性能產生影響。濕熱會使印制電路板防護涂層附著力變小，外觀出現分層、起泡、白斑等現象，表面絕緣電阻、介質耐電壓性能降低，并使印制電路板的損耗參數發生變化；霉菌生長滋生的分泌物會使相互絕緣的印制電路間產生漏電或短路；鹽霧則會引起印制電路產生腐蝕，使印制電路的損耗特性發生變化。

1.2.1 外觀

常見標準中考察印制電路板外觀主要包括是否產生分層、起泡、白斑、皺褶、裂縫、剝離等現象。[1][2]IPCA-600G對印制板分層、起泡、白斑現象作了詳細的定義和描述。[3]

1）分層：是指出現在基材內任兩層之間或一塊印制板內基材與覆銅箔之間，或其它層內的分離現象。

2）起泡：是一種局部膨脹形式的分層，表現為層壓基材的任意層間或者基材與導電箔或保護性涂層間的分離。

分層與起泡現象具有一定的相似性，外觀表現為印制電路板表面出現不平整泡狀，見圖1。

3）白斑：白斑本身表現為表面下不連續的白色方塊或“十字”紋，是表面下缺陷，見圖2。

印制電路板的外觀可通過肉眼或采用放大鏡進行觀察，部分現象的內部表現則需要在顯微切片中進行。銅箔層的腐蝕情況，可以通過目檢，也可以借助鏡像顯微鏡進行檢查。外觀檢查是涂層和銅箔腐蝕的最直接判定方法。

1.2.2 介質耐電壓

介質耐電壓是指相互絕緣的部件之間或絕緣的部件與地之間耐受由于開關、浪涌及其它類似現象所導致的過電位的能力，如果元件有缺陷，則在施加試驗電壓后，必然產生擊穿放電或損壞。擊穿放電表現為飛弧（表面放電）、火花放電（空氣放電）或擊穿（擊穿放電）現象。介質耐電壓檢測過程中會產生漏電流，漏電流過大可能引起電參數或物理性能的改變。

圖1 分層、起泡現象示意圖

圖2 白斑基材下表現

熱帶海洋環境條件對印制電路板表面涂層的破壞，會使線路間的防護涂層變薄或者不再保持致密，降低耐壓性能。

1.2.3 絕緣電阻

絕緣電阻一般是指不同相的導電體之間，或導電體與外殼（地）之間的電阻值。可以通過在絕緣體兩端施加恒定的直流電壓，測量其間流過的直流電流的大小和變化情況，判斷絕緣材料的優劣。絕緣電阻檢測有以下作用：

1）了解絕緣結構的絕緣性能；

2）了解電子產品絕緣處理質量；

3）了解絕緣受潮及污染情況；

4）檢驗絕緣導電體是否能承受耐電壓試驗；

5）檢驗電氣設備能否安全通電運行。

理想印制電路板相鄰印制板線路之間的電阻應為無窮大，但由于印制板線路之間存在基板、阻焊膜等涂覆物和其它如灰塵、空氣中的水汽等物質，使得印制板線路不能完全絕緣。在潮濕的復雜環境中，當加上偏壓的印制線金屬（如銅、銀、錫等）在電場作用下產生電離，通過絕緣層向另一極遷移，當電離的金屬到達另一極，金屬線之間就會造成絕緣性能降低，出現短路，這種過程即為印制電路板行業極為重視的內部導電陽極絲遷移現象，即CAF遷移現象。

1.2.4 Q值（諧振）

Q值是諧振系統的基本參量，同電感量、電容量、電阻值等基本阻抗參量一樣，也是一種阻抗參量；電感、電容、電阻是基本阻抗參量，Q值是復合阻抗參量，通常由電抗和電阻組成。Q值是用來描述諧振電路的諧振能力，揭示了諧振電路的通頻帶和選擇性之間相互矛盾的關系。

印制電路板試驗相鄰線路組成的電路系統可看作是感性的電感線圈。非理想狀態的電感線圈的電路性質除表現出電感L的特性以外，還具有一定損耗的電阻r和分布電容C，若忽略分布電容的作用，則可將感性器件等效為線電感和電阻的串聯。因此，電阻r值越大，損耗功率就越大，Q值即是電感線圈的損耗性能，其準確定義為線圈磁場中無功功率與損耗于電阻中的功率的比值。Q值越高，表示電感線圈的損耗越小。數學表達式為：

低頻下的Q值可直接采用普通Q表測量，高頻下的Q值需采用高頻Q值測試儀器測量，兩者測量原理均為“諧振法”。[4]

1.3 試驗結果

外觀、絕緣電阻、介質耐電壓、Q值周期檢測結果見表1至表4。

2 參數影響分析

通過對西沙大氣暴露試驗外觀、絕緣電阻、介質耐電壓及Q值變化情況進行對比，可以得出以下結論：

表1 外觀檢查

表2 絕緣電阻

表3 介質耐電壓測試

表4 Q值

1）從外觀檢查來看，樣品試驗3個月開始出現輕微腐蝕，隨著試驗時間的增長，到試驗12個月，腐蝕現象已經非常明顯。

2）從絕緣電阻變化情況來看，試驗3個月、6個月，試驗樣品絕緣電阻出現了下降，試驗12個月后，絕緣電阻下降幅度顯著，表明試驗樣品絕緣性能已經變得非常差，大多低于百兆歐，已經不能滿足一般電路性能的要求。

3）從介質耐電壓性能來看，試驗樣品耐電壓性能也均出現了不斷的降低，試驗3個月就開始出現火花，6個月時，樣品耐電壓性能開始出現被擊穿的現象，當試驗進行12個月后，均出現了持續性火花和擊穿等現象，耐電壓性能變得非常差。

4）從Q值變化情況來看，試驗12個月后，印制電路板試驗樣品Q值特性發生了明顯的變化，低頻時Q值出現了明顯的降低，高頻時Q值也出現了不同程度的降低。

5）總體來看，這些指標的變化是緊密聯系的，一項指標的劣化往往伴隨著其它各項指標的變化，這種變化體現在：當樣品涂層外觀出現破壞時，印制電路板銅箔線路和鍍覆孔就會受到腐蝕，一旦被腐蝕，線路的電氣性能就會變差，包括絕緣性能和電路質量參數。

3 總結

實驗室環境試驗與自然大氣暴露試驗環境不同，因此自然環境試驗條件下所表現出來的參數變化與實驗室環境試驗有一定的區別，研制廠所在進行印制電路板涂覆工藝篩選時，最好將實驗室環境試驗與自然環境試驗結合在一起進行研究，以取得更真實可靠的試驗結果。

[1] MIL-P-55110C, 印制電路板[S].

[2] SJ/T 20671-2008, 印制板組裝件涂覆用絕緣化合物[S].

[3] IPC-A-600G,印制板的驗收條件[S].

[4] IPC-TM-650,試驗方法手冊[S].

Analysis on Tropical Ocean Environment Effects to Performance Parameters of Printed Circuit Board

YUAN Min, ZOU fan, WANG Zhong
（The 5th Electronics Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology Guangzhou 510610）

Elect rical performance parameters of printed circuit board (PCB) that supposed to be sensitive to the tropical ocean environment effect was analyzed. Exposure test was conducted to three kinds of typical PCB coating specimens, according to the test result, evolvement about these parameters were analyzed.

tropical ocean environment; printed circuit board; effect

TB324

A

1004-7204（2014）03-0021-03

袁敏（1986-），男，工業和信息化部電子第五研究所工程師，主要從事可靠性與環境試驗及相關技術研究工作。