袁 敏，邹 凡，王 忠

（工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610）

热带海洋环境条件对印制电路板性能参数的影响分析

袁 敏，邹 凡，王 忠

（工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610）

分析了热带海洋环境条件对印制电路板影响的主要敏感电气参数，采用典型印制电路板工艺样件开展了西沙自然大气暴露试验，根据试验结果，对敏感参数的变化规律进行了分析。

热带海洋环境；印制电路板；影响

引言

热带海洋环境具有高温、高湿、高盐雾及霉菌生长活跃等典型环境条件特点，对印制电路板具有显著的影响效应。印制电路板是电子产品功能性能的载体，对恶劣环境条件的影响非常敏感。在恶劣的环境条件下，印制电路板性能指标的劣化容易产生连锁反应，某一电气性能指标劣化，极易引起其它性能指标的一并变化，因而印制电路板防护工艺体系的崩溃。

印制电路板均会做好防护措施，常见的防护措施是在表面进行敷形涂覆，俗称“三防处理”，避免印制电路板基材、线路、器件等直接接触敏感环境条件。进行三防处理后，一般会进行湿热、霉菌、盐雾试验，以验证防护性能。由于一般研制厂所缺乏自然暴露试验条件，只能进行实验室试验，所得结果与自然暴露试验的结果显然存在一定的差异，况且实验室验证试验方案的合理性仍然值得商確。

本文通过对典型印制电路板涂覆工艺进行西沙自然大气暴露试验，并对典型电气参数进行分析，探讨自然大气暴露试验条件对印制电路板防护工艺典型性能参数的影响。

1 试验

1.1 方案

选取常见的三种印制电路板涂覆工艺，分别为1#丙烯酸树脂（AR）、2#聚氨酯树脂（UR）、3#有机硅树脂（SR），开展西沙热带海洋环境暴露试验，定期撤回进行腐蚀外观和敏感电气性能检测，包括绝缘电阻、介质耐电压性能和Q值特性。

1.2 参数影响及其意义

热带海洋条件下湿热、霉菌、盐雾环境容易对印制电路板表面的物理或化学、机械及电气性能产生影响。湿热会使印制电路板防护涂层附着力变小，外观出现分层、起泡、白斑等现象，表面绝缘电阻、介质耐电压性能降低，并使印制电路板的损耗参数发生变化；霉菌生长滋生的分泌物会使相互绝缘的印制电路间产生漏电或短路；盐雾则会引起印制电路产生腐蚀，使印制电路的损耗特性发生变化。

1.2.1 外观

常见标准中考察印制电路板外观主要包括是否产生分层、起泡、白斑、皱褶、裂缝、剥离等现象。[1][2]IPCA-600G对印制板分层、起泡、白斑现象作了详细的定义和描述。[3]

1）分层：是指出现在基材内任两层之间或一块印制板内基材与覆铜箔之间，或其它层内的分离现象。

2）起泡：是一种局部膨胀形式的分层，表现为层压基材的任意层间或者基材与导电箔或保护性涂层间的分离。

分层与起泡现象具有一定的相似性，外观表现为印制电路板表面出现不平整泡状，见图1。

3）白斑：白斑本身表现为表面下不连续的白色方块或“十字”纹，是表面下缺陷，见图2。

印制电路板的外观可通过肉眼或采用放大镜进行观察，部分现象的内部表现则需要在显微切片中进行。铜箔层的腐蚀情况，可以通过目检，也可以借助镜像显微镜进行检查。外观检查是涂层和铜箔腐蚀的最直接判定方法。

1.2.2 介质耐电压

介质耐电压是指相互绝缘的部件之间或绝缘的部件与地之间耐受由于开关、浪涌及其它类似现象所导致的过电位的能力，如果元件有缺陷，则在施加试验电压后，必然产生击穿放电或损坏。击穿放电表现为飞弧（表面放电）、火花放电（空气放电）或击穿（击穿放电）现象。介质耐电压检测过程中会产生漏电流，漏电流过大可能引起电参数或物理性能的改变。

图1 分层、起泡现象示意图

图2 白斑基材下表现

热带海洋环境条件对印制电路板表面涂层的破坏，会使线路间的防护涂层变薄或者不再保持致密，降低耐压性能。

1.2.3 绝缘电阻

绝缘电阻一般是指不同相的导电体之间，或导电体与外壳（地）之间的电阻值。可以通过在绝缘体两端施加恒定的直流电压，测量其间流过的直流电流的大小和变化情况，判断绝缘材料的优劣。绝缘电阻检测有以下作用：

1）了解绝缘结构的绝缘性能；

2）了解电子产品绝缘处理质量；

3）了解绝缘受潮及污染情况；

4）检验绝缘导电体是否能承受耐电压试验；

5）检验电气设备能否安全通电运行。

理想印制电路板相邻印制板线路之间的电阻应为无穷大，但由于印制板线路之间存在基板、阻焊膜等涂覆物和其它如灰尘、空气中的水汽等物质，使得印制板线路不能完全绝缘。在潮湿的复杂环境中，当加上偏压的印制线金属（如铜、银、锡等）在电场作用下产生电离，通过绝缘层向另一极迁移，当电离的金属到达另一极，金属线之间就会造成绝缘性能降低，出现短路，这种过程即为印制电路板行业极为重视的内部导电阳极丝迁移现象，即CAF迁移现象。

1.2.4 Q值（谐振）

Q值是谐振系统的基本参量，同电感量、电容量、电阻值等基本阻抗参量一样，也是一种阻抗参量；电感、电容、电阻是基本阻抗参量，Q值是复合阻抗参量，通常由电抗和电阻组成。Q值是用来描述谐振电路的谐振能力，揭示了谐振电路的通频带和选择性之间相互矛盾的关系。

印制电路板试验相邻线路组成的电路系统可看作是感性的电感线圈。非理想状态的电感线圈的电路性质除表现出电感L的特性以外，还具有一定损耗的电阻r和分布电容C，若忽略分布电容的作用，则可将感性器件等效为线电感和电阻的串联。因此，电阻r值越大，损耗功率就越大，Q值即是电感线圈的损耗性能，其准确定义为线圈磁场中无功功率与损耗于电阻中的功率的比值。Q值越高，表示电感线圈的损耗越小。数学表达式为：

低频下的Q值可直接采用普通Q表测量，高频下的Q值需采用高频Q值测试仪器测量，两者测量原理均为“谐振法”。[4]

1.3 试验结果

外观、绝缘电阻、介质耐电压、Q值周期检测结果见表1至表4。

2 参数影响分析

通过对西沙大气暴露试验外观、绝缘电阻、介质耐电压及Q值变化情况进行对比，可以得出以下结论：

表1 外观检查

表2 绝缘电阻

表3 介质耐电压测试

表4 Q值

1）从外观检查来看，样品试验3个月开始出现轻微腐蚀，随着试验时间的增长，到试验12个月，腐蚀现象已经非常明显。

2）从绝缘电阻变化情况来看，试验3个月、6个月，试验样品绝缘电阻出现了下降，试验12个月后，绝缘电阻下降幅度显著，表明试验样品绝缘性能已经变得非常差，大多低于百兆欧，已经不能满足一般电路性能的要求。

3）从介质耐电压性能来看，试验样品耐电压性能也均出现了不断的降低，试验3个月就开始出现火花，6个月时，样品耐电压性能开始出现被击穿的现象，当试验进行12个月后，均出现了持续性火花和击穿等现象，耐电压性能变得非常差。

4）从Q值变化情况来看，试验12个月后，印制电路板试验样品Q值特性发生了明显的变化，低频时Q值出现了明显的降低，高频时Q值也出现了不同程度的降低。

5）总体来看，这些指标的变化是紧密联系的，一项指标的劣化往往伴随着其它各项指标的变化，这种变化体现在：当样品涂层外观出现破坏时，印制电路板铜箔线路和镀覆孔就会受到腐蚀，一旦被腐蚀，线路的电气性能就会变差，包括绝缘性能和电路质量参数。

3 总结

实验室环境试验与自然大气暴露试验环境不同，因此自然环境试验条件下所表现出来的参数变化与实验室环境试验有一定的区别，研制厂所在进行印制电路板涂覆工艺筛选时，最好将实验室环境试验与自然环境试验结合在一起进行研究，以取得更真实可靠的试验结果。

[1] MIL-P-55110C, 印制电路板[S].

[2] SJ/T 20671-2008, 印制板组装件涂覆用绝缘化合物[S].

[3] IPC-A-600G,印制板的验收条件[S].

[4] IPC-TM-650,试验方法手册[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，工业和信息化部电子第五研究所工程师，主要从事可靠性与环境试验及相关技术研究工作。