关于IPC的一点点体会

1、0 1 一、关于IPC的概况 二、关于IPC标准规范 三、关于IPC-6010系列 四、关于材料系列 五、热应力后Microsection下的结构完整性 六、关于常用的一些测试方法的小结 2 3 1957年9月， “印制电路协会”成立，IPC是Institute of Printed Circuit的首字母简写。 1977年改名为 The Institute of Interconnecting and Packaging Electronic Circuits，即“电子电路互连与封装 协会”。 1998年，再次改名为Association Connecting Electronics Ind

2、ustries，即“连接电子行业协会”。 但IPC的简称一直不变。 标准与规范仅仅是IPC的活动之一，同时还有市场研 究与统计、标准与规范、技术讨论会、讲习班、资格培 训与发证、印制电路展览会等，其中印制电路标准规范 方面的成就尤为突出。 4 5 IPC标准的编号方式为IPC加主题字母再加两位或 三位数字编号，IPC-SM-840C，其中SM代表绿油 （solder mask），840为编号，C为版本号。95年以后 的IPC标准开始采用新的编号方式，在代号IPC之后取 消了主题字母，直接以四位数字编号，而数字按标准 系列编排。例如常见的标准系列有： IPC-4100 材料系列 IPC-6010

3、 性能测试系列.等 技术参考手册 IPC-A-600F等 IPC独立手册 IPC-TM-650等 6 7 本规范系列主要为各种印制板提供一份资格鉴定及性 能测试的接收标准，并会指出相关的测试方法。 1、基本层次架构： IPC-6010系列 IPC-6011（概述） IPC-6012（刚性印制电路板的鉴定与性能技术规范） IPC-6013（柔性印制电路板的鉴定与性能技术规范 ） IPC-6014 (PCMCIA) IPC-6015 (MCM-L) IPC-6016 (高密互连板的鉴定与性能技术规范) IPC-6018（ 微波终端产品电路板检验与测试 ） 8 2、特性分级：（在本系列的规范中会按以

4、下的 三种级别分别有不同的要求） 1级：普通消费类电子产品 2级：专用的服务性电子产品，一般用于通 信方面（默认等级） 3级：高可靠性要求的电子产品，用于军工、 医疗方面。 9 3、采购文件（procurement documentation) 其定义是：包括采购合同或定单、布设总图、详细 规范、产品图纸、图形底版或电子数据。采购文件与 各分规范一起规定印制板的技术要求。 采购文件的优先顺序是高于本规范和其他标准的。 这里强调了采购文件和印制板图纸文件的重要性，符 合印制板使用者各种不同要求的实际情况。 10 4、鉴定评价（qualification assessment） 鉴定评价是客户选择

5、印制板供应商的一种方法。 IPC-6011的鉴定评价首先是供方的自我声明，按照 IPC-MQP-1710对其现场能力、加工和试验设备、技术 细节、质量大纲、制造历史、公司信息和数据验证来 源的概况作全面介绍。然后对自我声明的内容进行验 证，包括质量概况的验证和产品特性的验证。 鉴定试样可以是实际成品印制板、专门为此目的而 设计的一致性附连试验板或其他用于建立印制板供方 自我声明的其他媒介。具体鉴定试验项目由有关各类 印制板性能规范作用规定。 11 5、质量一致性检验 质量一致性检验取决于制造商的质量体系，是在 鉴定检验之后定期进行的，以证明卖方能连续地生产 出符合相关规范和每种基材所适用的规格

6、单要求的最 终产品。 12 6、默认要求 （default） IPC-6012将有些项目，例如性能等级、材料、最终 涂覆、孔径公差等，制订了默认要求。 如果采购文件中没有作选择，则采用默认要求。例 如一般按2级板要求，绿油则按T级要求。这些默认要 求也是目前大多数印制板产品的选择。 13 14 参考文件：（IPC-4101A和IPC-4104） 每个规格单的表头包含了材料的参考定义，该参考 定义含盖了增强材料、树脂体系、阻燃剂和所用的填料， 以及其它已知的识别符号和Tg。 规格单中规定的项目为材料应满足的要求，满足这 些要求的材料才会被认可为符合本规范。 15 16 参考文件：IPC-6012

7、A； MIL-P-55110E (一) 结构完整性（structural integrity） （IPC-6012A中3.6节） 印制板经热应力后（漂锡），结构完整性应符合 3.6.2节规定的测定附连测试模块的评定要求。应采用 显微剖切技术评定2-6型板的试样的结构完整性。不适 用于2型板(双面板)的特性（如内层分离，内层异物， 和内层铜箔裂纹）不用评定。埋孔和盲孔应符合镀覆 孔的要求。 所有性能和要求的评定都应在受过热应力的试样上 进行，并且应满足所有要求；然而，按供应方的选择， 不受热应力影响的下述特性或状态可以用未做热应力 试验的附连测试板评定。 17 a) 如果板子在镀铜后承受了超过T

8、g（玻璃化温度） 的热应力，则未做热应力试验的附连测试板也应 按已做热应力试验的附连测试板评定。 b) 不受热应力影响的性能有：铜层空洞、镀铜起皱 （plating folds）/夹杂物、毛刺和结瘤（nodules）、 玻璃纤维突出、灯芯（wicking）、最终表面镀涂 层空洞、回蚀（etchback）、反回蚀（negative etchback）、镀层/涂层厚度、内层和表面铜层或 金属箔厚度。 18 （二）热应力试验（thermal stress testing） （IPC-6012A中3.6.1节） 测试模块或成品板应按照IPC TM 650中方法 2.6.8的规定进行热应力试验。热应力后

9、，试样应进行 显微剖切。显微剖切应按IPC TM 650，方法2.1.1或 2.1.1.2中对附连测试模块或成品板进行制作。应检验最 少三个孔或导通孔的剖切面。孔的每一侧都应独立检 验。 （三）观察微切片时常见的一些缺陷： 参考IPC-6012A中的表36（热应力后的PTH的完 整性）。同时参考军用标准MIL-P-55110E的相关要求。 19 1、树脂收缩（resin recession） 铜孔壁原封不动，部份树脂却向后出现收缩现象， 称为“树脂收缩”（Resin Receission）。多呈半圆形 后退。 树脂收缩出现的位置：孔壁镀铜直立面上；区别于 内层铜环面上上的压合空洞；再就是 在Z

10、one B无树脂 收缩概念而改称压合空洞。 20 接收标准： IPC-6012A中对1、2、3级：除非有特别的文件要 求，否则热应力测试后是允许出现的。 但在MIL-P-55110E中规定，完工的喷锡板或熔锡 板，其Zone A感热区出现树脂缩陷时，其深度不许 超过3mil，长度不可超过单壁树脂总长的40。至于 额外加做的热应力试验而再出现者，则不再视为拒收 的理由。 21 2、压合空洞（Laminate voids） 压合时，气泡未来得及赶出板外之前，树脂已 经硬化，致使气泡残留在板中而形成空洞。 IPC-6012曾附图3的注 2中，指出Zone A处的压 合空洞已经无需再检验了。 22 I

11、PC-6012A与MIL-P-55110E对Zone A与Zone B的说明图 23 （自截面上孔环最大外缘向外再各加3mil所涵盖的 区域，特称为感热区Zone A；Zone A与Zone A之间的 区域则为Zone B） 接收标准： IPC-6012A：2、3级：B区空洞80um，且不影响最 小的介质厚度；1级：B区空洞150um，且不影响最小 的介质厚度。IPC6012A另附图3的注 2中，指出Zone A 处的压合空洞已经无需再检验了。 24 3、反回蚀 （negative etchback） 所谓的反回蚀（Negative Etchback）事实上 有两种含意，一种说法是：将各内层孔

12、环故意向外围 退扩大少许，比上下两侧的基材要低陷一些，如此可 使后来的孔壁铜层得以局部伸入，而与孔环在上下夹 持中紧密结合，会比全平面式的结合要牢固一些。 （参见IPC-A-600F） 25 另外一种说法，也是对“反回蚀”最常见的观念， 则是将其当成制程的异常或故障。 IPC-6012A对 Class 1 2板子要求不可超过1mil, 对Class 3的板子要求不可超过0.5mil，也都认为是 通孔品质上的缺点，但斜口处一律不许超过3.5mil. 美军规范MIL-P-55110E明文规定反回蚀深度不可超 过0.5mil。 26 4、除胶渣(desmear) IPC-6012在3.6.2.6节中

13、对此制程也有规定，那就 是：过份除胶渣所造成的回蚀深度的不可超过1mil， 但由于孔壁个别地方撕裂或钻头挖伤造成小面积深 度超过25um则不应作为除胶来评定。1、2类板不要 求除胶。 27 5、外环浮起（lifted land） IPC-6012A在3.6.2.9节针对完工板外环浮离 所定的允收规格是：允许外缘局部浮离，但须符合 3.3.4之目检及格标准。也就是说喷锡或熔锡后的 外环不许浮离，但经过热应力漂锡试验者，则不 受此限制。 接收标准：对于1、2、3级：热应力或模拟重工 后可以接收，测试前不可以接收。 28 6、后分离和孔壁分离(post separation and pull awa

14、y) 热应力测试时，条件：288，10秒钟，一次.大 量液锡涌入孔腔而焊在镀铜孔壁上，多余的热量对通 孔附近的基材结构造成较大的膨胀，产生的热应力 （Thermal-Stress）,使得通孔在结构方面产生以下 的几种不同缺点: 29 （1）使孔壁与孔环之互连被拉开，称为Post- Separation. （2）其他无内环处的铜壁自基材上全部或大部份自基 材上被拉开称为拉离（Pull Away） 按IPC-6012A表4-3的规定，通孔热应力漂锡后待 检查的项目共有11项，此种后分离归属于3.6.2.1节 镀层完整性，其中规定各内层环与孔壁的互连处不可 分离，且在表3-6中对Class2板类之镀

15、层也规定不可 分离。不过即使发现后分离也不表示通孔性不良， 只是制程不够可靠而已。 30 7、钉头(nailheading) IPC-6012A中认为：钉头现象说明制程出现问题， 并不作为拒收的理由。 MIL-P-55110E中即规定，多层板内环之钉头宽 度不可超过该铜箔厚度的1.5倍。 31 8、灯芯（Wicking） 灯芯效应是指在镀通孔切片的孔壁上，玻璃束断 面的单丝之间有化学铜渗镀其中，出现了有如扫把般 的现象，故称为Wicking灯芯之意。 IPC-6012A节b段中提到此术语，且表3-6对 Wicking规定如下： 3级80um； 2级100um； 1级125um 32 9、铜壁摺

16、镀（Plating Folds）与夹杂物(Inclusions) IPC-6012A “结构完整性中，提到铜壁摺镀与夹 杂物（Plating Folds/Inclusions），并在表3-6要 求这种缺点必须被后来的铜层包围。 33 10、铜瘤和披锋（nodule and burr） IPC-6012A中表36规定：对于1、2、3级： 只要不影响镀孔的最小孔径的要求，是可以接收 的。 34 11、镀层空洞 1级应满足表3-6中有关镀层空洞的要求。 2级3级，每个试样的空洞应不超过一个， 并且必须符合以下判据： A：无论长度和大小是多少，每个试样的镀 层空洞不能超过一个。 B：镀层空洞的尺寸不应

17、该超过印制板总厚 度的5%。 C：内层导电层与电镀孔壁的界面处不应有空洞。 D：不允许有环状空洞。 35 36 参考文件：IPC-TM-650；IPC-6012A；IPC-6016； IPC-SM-840C；IPC-4101A；IPC-4104；J-STD-003 （一）耐高压测试或绝缘强度测试（voltage breakdown or dielectric strength） 37 1、IPC-TM-650 方法2.5.7（dielectric withstanding voltage） 测试对象： 成品板 测试目的：在同一层上两相邻且不相通导线间的耐 电压情况或测试每层之间半固化片的耐 压

18、情况。 测试程序：在相邻的两条导线之间施加电压，由 0V升至500V(或1000VDC)，升压速率 为100VDC/sec，在高压时停留时间为 30（+3/-0）秒。电压偏差为5%以内。 评估： 两条导线间是否有飞弧、电火花、击 穿和破裂现象。 38 2、IPC-TM-650 方法2.5.7.1（dielectric withstanding voltage） 测试对象：conformal coating 测试目的：在同一层上两相邻且不相通导线间的耐 瞬间电压情况，验证该绝缘材料及线间 距是否合适。 测试程序：在相邻的两条导线之间施加电压，由0V 升至1500VAC（50-60Hz），升压速率

19、为 100VAC/sec，在高压时停留时间为1分钟。 评估： 两条导线间是否有飞弧、电火花、击 穿和破裂现象。 39 3、IPC-TM-650 方法2.5.6.1（dielectric withstanding voltage） 测试对象： 绿 油 测试目的：验证板在额定的电压下，是否能正常工作， 及能否承受切换开关时产生的瞬间高压等。 测试程序：在准备好的试样，铜面中央位置施加正极 电压，另一极不可接触绿油由0V起升压， 升压速率为500VDC/sec，直至被击溃，记 录此时电压，同时量测该另一极不可接触 绿油或，用击穿时的电压除以该油厚，得 一比值。 评估： 该比值是否满足要求或用以确定该

20、物料的 抗击穿能力。 40 在IPC-SM-840C要求： 每1mil厚的绿油须经至少受得500VDC的高 压，小于1mil厚的绿油也要达到最小击穿电压为 500VDC 41 （二）热力方面的测试 1、热应力测试（thermal stress）IPC-TM-650，方法2.6.8 （thermal stress，PTH）（Solder float 漂锡） 测试对象：镀通孔 测试目的：测试镀通孔是否能抵抗来自组装、修理工序带来 的热力的作用 测试条件：（温度以测试锡面下206mm处的温度值为准） （a）2885（默认） （b）2605 （c）2325 漂锡时间10（+1/-0）秒 自然冷却后，将

21、试样制作成微切片（至少可以看到三个镀 通孔），检查结果。 评定：是否有镀层断裂、吹孔（blow hole）及孔壁分离等现象。 浸锡：IEC326-2 19e（260/4sec/3次） 42 2、热油测试（hot oil） IPC-TM-650，方法2.4.6 测试目的：将板料浸入高温热油中测定板料的结合 情况。 试样的处理：13515；一个小时；样本从锔炉 中取出后需在2分钟内完成测试。 测试条件：260（+6/-3）； 20（+1/-0）秒; 6次 从热油中取出后需冷却至室温后，浸入 异丙醇中几秒钟，吹干。 评定：没有明显的气泡、分层、孔壁分离和铜层 断裂的现象。 43 3、热冲击测试（th

22、ermal shock） （1）IPC-TM-650，方法2.6.7.2A(thermal shock ， continutity and microsection,printed board) 实验室用该方法 测试对象：连通性、微切片和印制板 测试目的：验证板在温度骤然变化的情况下物理承 受能力，是将试样放置于高低温度循环 变化的条件下使之产生物理性疲劳。 44 测试条件（D条件针对FR-4材料，共有6种测试条件）： -55（+0/-5） - 15min（+2/-0） 25（+10/-5）- 2min +125（+5/-0）- 15min（+2/-0） 25（+10/-5）- 2min 循环

23、100次 45 评估： a. 观察样板表面是否出现绿油剥落、白点、爆 板和分层现象。找出作标记的导线并测试导 通电阻R，计算其导通电阻的变化率，要求 在10%以内。 b. 用微切片方法（至少三个镀通孔）检查孔内 铜层拐角处是否出现破裂、镀层分离、孔壁 与内层铜分离以及孔壁分离。 46 （2）IPC-TM-650，方法2.6.7.3(thermal shock-solder mask) 测试对象：绿油 测试目的：验证涂覆的绿油在温度骤然变化的情况下 物理承受能力，是将试样放置于高低温度 循环变化的条件下使之产生物理性疲劳。 测试试样： a. 认证板：IPC-B-25A多功用测试板 b. 一致性测

24、试：“Y”型（25mil 的线宽和线距） 测试条件：(循环100次) -65（5）-25-+125（5）-25 15min-2min-15min-2min 评估：10倍镜下观察样板绿油表面是否出现绿油剥落、 起泡等现象。(符合IPC-SM-840C的外观检验要求) 47 （三）拉力方面的测试 1、PTH拉力测试 IPC-TM-650方法2.4.21D(Land bond strength， unsupported component hole) 测试对象：用于不插件的PTH孔pad 测试目的：在多次重焊和解焊之后，用垂直拉起 的方法测试NPTH孔pad与基材的结合 情况。重焊和解焊重复5次之后

25、，用 50mm/min的速度垂直拉起。 计算公式：4L/（D22-D12） 其中：D1=孔的直径；D2=pad的直径；L=加载力 评定：测试结果达到客户指定的要求（IPC-6012A 中3.7.3节规定：至少承受2kg或35kg/sq cm） 48 2、铜箔拉力测试 （1）IPC-TM-650方法2.4.8C（Peel strength of metallic clad laminates） 测试对象：所覆铜箔 测试目的：用于“接收态”、“热应力之后”、 “暴露 于化学药品之后”的条件下，测试金 属 覆盖层的剥离强度。 试样：3.18mm宽度的试条50mm/min的速度垂直 拉起，直至剥离25

26、.4mm长度。若要求热应 力，则要求2885漂锡10（+1/-0）秒 计算公式：Lbs/in =Lm/Ws 式中：Lm-最小负荷；Ws-被测试条的宽度 49 注：试条断裂可能是粘接强度大于铜箔的剪切 强度，也可能是由于铜箔发脆引起的。当显示粘 接优良时（断裂值高于规定值），断裂值可以用 来代替最小剥离值。报告的平均值应指明此值超 过平均值。对金属层厚度小于0.035mm的，可用 镀铜或涂焊锡加厚到0.0350.0035mm，以保证试 条的强度。 评定：剥离强度要满足相关规格单规定的要求。 50 （2）IPC-TM-650方法2.4.8.1 用于薄层板测试，在用于“接收态”、“浸锡之 后”、“暴

27、露于高温之后”的条件下，测试金属箔 的剥离强度。 （3）IPC-TM-650方法2.4.8.2（hot fluid method） 用于评定试板在高温作用之后的金属覆盖层的剥 离强度。 （4）IPC-TM-650方法2.4.8.3（hot air method） 在热空气室情况下评定金属覆盖层的剥离强度。 51 3、镀层附着力测试 IPC-TM-650方法2.4.1 IPC-6012A中3.3.7节：印制板应依据以下步骤测试。 镀层附着力应依据IPC TM 650方法2.4.1测试，用 一条感压胶带沿导线的垂直方向压粘在板表面，并用 手将其用力撕下。 若胶带上没有黏结电镀层或图形金属箔的残片，

28、 则表明保护性电镀层或导体金属箔的任何部分没有被 剥离。如果是镀层突沿金属（镀屑）剥落并粘在胶带 上，这只证明有镀层突沿或镀屑，而不能证明镀层附 着力差。 52 4、绿油附着力测试 IPC-TM-650方法2.4.28.1 测试目的：确定在铜面上、金属镀层/涂层上或基材 上的绿油的附着力 测试试样：参照IPC-2221中的G模块25.0mm12.5mm （10个5个） 测试用的胶带：3M品牌，0.5英寸宽或（CID AA 113）中提及的，1型/B级。 测试时，至少用50mm长的胶带，用力压紧 以赶去空气，停留时间要小于1分钟。 迅速垂直拉起。 评定：胶带上无绿油peeling 的痕迹。 （参

29、见IPC-SM-840C中的3.5.2节和2） 53 5、Microvia抗拉强度： IPC-TM-650方法2.4.21（同PTH拉力测试） 54 （四）电阻和阻抗（resistance and impedance）测试 1、绝缘电阻 （1）IPC-6012A中39.4，参照IPC-ET-652 手动测试：200V；5秒 自动测试：40V 评定：（IPC-6012A）1级 ：0.5Mohms 2和3级：2.0Mohms （2）IPC-TM-650，方法2.6.3E，2级 （参见IPC-6012A中的3.11.9节） 55 2、湿气和绝缘电阻 （1）IPC-TM-650，方法2.6.3E（mo

30、isture and insulation resistance-printed board）（参见IPC-6012A中的 3.9.4节和表11中的要求：）实验室用该方法 测试对象：板 测试条件：对2级板，505；RH8593%； 7天（168小时）；100VDC 评定：电阻100Meohms 对3级板，25（+5/-2）-652，循环20次， 每个循环8小时；8593% % RH 评定：电阻 500Meohms 56 （2）IPC-TM-650，方法2.6.3.1(moisture and insulation resistance-solder mask) 测试对象：绿油 测试条件： T级

31、：652；903%RH；无偏置电压；24小时 评定：(参见IPC-SM-840C中表7) 500Meohms H级：25-652，每个循环8小时，共循环 20次；90（-5/+3）% RH；50VDCD的偏置电 评定：（参见IPC-SM-840C中表7)500Meohms 3 、阻抗测试 IPC-2221 IPC-TM-650方法2.5.5.7 57 （五）Tg和deltaTg方面 T260、T288或 T300（TMA time to delamination） DSC IPC-TM-650方法2.4.25 TMA IPC-TM-650方法2.4.24 58 （六）其它测试： 1、绿油硬度测

32、试（实验室） IPC-TM-650 方法2.4.27.2（solder mask abrasion - pencil method） 测试目的：检查绿油面的耐磨性。 测试程序： A、将铅笔削好，用细砂纸将笔尖磨平。 B、将试样放在水平台面上，先用最硬的铅笔 测试（6H） C、使铅笔尖对绿油面成45度角，向前推进 1/4英寸长。 D、如果绿油面未被划花，则代表样本的硬 度为6H。 E、 如绿油面被划花，依次用低一级硬度的铅笔， 重复上述测试，直至绿油面无划花为止。 59 2、绿油溶解测试（实验室） IPC-TM-650 方法2.3.23B（cure or permanency thermally

33、 cured solder） 测试目的：测试样本绿油面的耐久性。 测试程序：将样本放置于三氯甲烷中，等候1分钟， 用棉花棒擦拭，再检查棉花棒。 评定：检查棉花棒是否有绿油的颜色。 60 3、盐雾测试（salt spray test） MIL-STD-202F（实验室） 测试目的：检查绿油与板面结合能力，抵抗盐雾的 侵蚀能力。 测试器材：盐雾实验箱、5%的NaCl溶液、高阻测试仪 测试程序：将完成绿油制程的制板放于5%的NaCl溶 液（35）中， 时间96小时。然后检查 绿油面。 评定：检查绿油是否有peeling现象。 61 4、可焊性测试（实验室） a. 润湿平衡（wetting balance） IEC68-2-69/MIL-STD-883C b. 漂锡（float test） ANSI/J-STD-003 测试方法C 接受标准：SMD pad 95%以