CN103217376B - Pcb板耐腐蚀能力测试方法 - Google Patents

Pcb板耐腐蚀能力测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种PCB板耐腐蚀能力测试方法。包括以下步骤，步骤A、对试验样品进行初步检测；步骤B、取控制样件，喷涂盐溶液至控制样件，并对其性能进行检测用以确定湿度阈值；步骤C、喷涂盐溶液至试验样品，并采用湿度阈值对试验样品进行湿度循环实验；步骤D、对经过湿度循环实验的试验样品是否合格进行判断。本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法针对性强，适合用于评价PCB单板耐污染能力，模拟针对性、准确性较佳。

Description

PCB板耐腐蚀能力测试方法
技术领域
本发明涉及一种PCB板耐腐蚀能力测试方法。
背景技术
工业生产和交通运输过程中，因汽油或其它化工原料的燃烧，产生了大量的硫酸盐和硝酸盐等微粒，排放到大气中造成严重污染。这些微粒直径大约在0.5μm至1μm，吸收水分后形成盐溶液并积附在通信设备装配的印制线路板（PCB，Printed circuit board）表面上，形成导电性污染物。此类微粒经过积累并达到一定量后会在PCB表面形成导电路径，进而产生漏电流或电压击穿，使得PCB单板乃至系统功能失效，甚至出现电气安全隐患。目前存在的评价产品耐污染腐蚀的实验方法，主要包括以下：
1）盐雾试验，采用NaCl溶液，在特定温度及饱和湿度下考核产品的耐腐蚀能力。2）单一气体腐蚀试验，主要采用SO2气体，在特定温度、湿度下考核产品的耐腐蚀能力。3）混合气体腐蚀试验方法，主要采用微浓度的SO2、Cl2、H2S、NO2四种气体，在特定温度、湿度下考核产品的耐腐蚀能力。4）户外环境下暴露。5）表面绝缘电阻测量。
上述五种技术中，技术1）主要应用于整机产品或元器件耐腐蚀能力评价，盐溶液为NaCl溶液，未能充分模拟自然界大气环境中的盐分，另技术1）不适合用于评价PCB单板，因为在饱和湿度下PCB板上的铜箔、器件引脚极易腐蚀，且容易发生短路，试验结果准确性欠佳。技术2）和技术3），均采用气体，气体溶解于水汽，溶液呈酸性，进而腐蚀样品。这两种方法的缺陷是未能准确模拟大气环境中的各种盐分。技术4）是通过在实际大气环境中暴露样品达特定时间后考察样品的腐蚀状况。但因为大气环境条件多变，且不具重现性，导致试验结果不具重现性，给评价活动带来极大困难。因此技术4）适用局限性很大。技术5）仅涉及表面绝缘电阻测量。表面绝缘电阻的变化，是评价样品耐污染及腐蚀能力的技术依据。技术5）未涉及如何模拟大气环境的腐蚀环境，亦未涉及腐蚀试验方法和步骤。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种PCB板耐腐蚀能力测试方法，包括以下步骤，
步骤A、对试验样品进行初步检测；
步骤B、取控制样件，喷涂盐溶液至控制样件，并对其性能进行检测用以确定湿度阈值；
步骤C、喷涂盐溶液至试验样品，并采用湿度阈值对试验样品进行湿度循环实验；
步骤D、对经过湿度循环实验的试验样品是否合格进行判断。
进一步的，所述步骤A中，将试验样品插入其主机系统中在初始相对湿度下保持12小时后，然后4小时内将相对湿度升至高限相对湿度并保持24小时，期间进行性能检测。
进一步的，所述步骤B进一步包括以下步骤：
B1、配置盐溶液；
B2、对控制样件喷涂盐溶液；
B3、对喷涂后的控制样件进行干燥；
B4、将控制样件放在温湿试验箱内，设置温度及相对湿度，并分别对每个控制样件的表面绝缘电阻的阻值进行测量；
B5、判断是否所有控制样件的阻值均在给定范围0.5MΩ～5 MΩ范围内，如是，则此时的相对湿度值即为湿度阈值，并进入步骤C；如否，则进入步骤B6；
B6、对温湿试验箱的相对湿度进行调整，并重复步骤B5。
进一步的，所述步骤B中，采用互连与封装电子电路协会规定的IPC-B-25样件。
进一步的，所述步骤B1中，采用Na2S·9H2O溶液，配置比例为7克 Na2S·9H2O加1升纯水。
进一步的，所述步骤B2中，仅对控制样件的其中一面进行喷涂。
进一步的，所述步骤B4中，在初次设置中将温湿试验箱的温度及相对湿度设置为24℃、75%RH。
进一步的，所述步骤B6中，如测试所得阻值过大则调高相对湿度值；如阻值过小则降低相对湿度值。
进一步的，所述步骤B6中，调整相对湿度值并对试验样件的阻值重新进行测量，调整过程中，相对湿度需在70%RH～80%RH之间。
进一步的，所述步骤C进一步包括以下步骤，
C1、对试验样品的两面进行喷涂；
C2、喷涂完毕后进行烘干或者自然晾干，然后将试验样品插入主机系统中；
C3、将主机系统放置于温湿试验箱中，先在初始温度及初始相对湿度下保持2小时；然后于1小时内将相对湿度从初始相对湿度升至湿度阈值且温度保持不变，在湿度阈值下保持2小时；之后相对湿度再降至初始相对湿度，以上为1个循环，共循环2次，期间对试验样品进行连续检测。
相较于现有技术，本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法针对性强，适合用于评价PCB单板耐污染能力，模拟针对性、准确性较佳。
附图说明
图1是本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法的步骤流程图。
图2是本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法的湿度循环试验示意图。
图3是表面绝缘电阻—相对湿度特性曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
请参阅图1及图2，本发明提供了一种PCB板耐腐蚀能力测试方法，以人工模拟的方式加速污染PCB。再通过性能监测及温湿度循环试验，评价PCB单板耐污染耐腐蚀能力。
在PCB板使用过程中，当空气相对湿度增加时空气中的硫酸盐、硝酸盐等吸湿性微粒吸收水分发生潮解。在气流作用下，硫酸盐、硝酸盐等盐溶液微粒积聚在PCB 表面。这些盐溶液具有导电性，随着积聚量增大PCB板表面绝缘电阻下降，可能使得器件引脚、焊点、铜箔等之间的爬电距离、电气间隙减小，发生电击穿或短路；也可能在这些部位之间沿着尘膜形成漏电流路径。这些现象都会引发PCB 板性能失效。
PCB 板的表面绝缘电阻与相对湿度相关。空气中的含盐微粒，积聚到PCB 表面，吸收空气中的水分后，部分溶解，积附在PCB表面，并呈导电性，使得表面绝缘电阻下降。随着相对湿度的增加，溶解更加充分，溶液扩散，积附面积增大，PCB 的表面绝缘电阻进一步下降。图 3 所示曲线是在不同的相对湿度环境下，施加DC5V 偏置电压而测量的表面绝缘电阻。从图3 可知，表面绝缘电阻随相对湿度的增加呈下降趋势。当相对湿度增大到一定程度后，表面绝缘电阻下降迅速。
本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法包括以下步骤：
步骤A、初始检测。将未被污染的印刷线路板作为试验样品插入其主机系统中，在初始相对湿度下保持12小时，然后4小时内将湿度升至高限相对湿度，在此湿度下保持24小时，期间进行性能以及功能检测。在本实施例中，初始相对湿度选为38%RH至42%RH，40%RH是现有PCB板常用使用环境，如空调通信机房中较常见的相对湿度，具有代表意义；此值允许偏差，按有关标准，湿度偏差通常为±2%RH。在本实施例中，高限相对湿度选为83%RH至87%RH，此湿度设定为环境中相对湿度较高的相对湿度限定值。在此步骤中，通过将PCB板在初始相对湿度及高限相对湿度进行测试，保证进行用于后续测试的试验样品可正常使用。性能及功能测试指标可根据对PCB板的使用要求进行选择、设定，通过测试的PCB板可保证PCB进行正常使用，满足使用者的使用要求。
步骤B、确定湿度阈值。此步骤中将控制样件放置在特定温度、湿度环境中，对控制样件的性能进行检测。
当PCB 表面绝缘电阻为1MΩ时，对应的相对湿度定义为湿度阈值（以下表述为“RHt ”）。 本文提出的试验方法，涉及到湿度阈值的确定，要求湿度阈值需控制在 70%RH～80%RH范围。在这个湿度范围，进行湿度循环试验，比较合理，考核价值较高。如果湿度阈值过低，湿度循环试验考核不到位；若过高，则空气中水分含量过大，可能会出现一些纯粹是因湿度过大而引起的失效，不利于准确评价PCB板耐受含盐溶液污染的能力。
在本实施例中，控制样件采用互连与封装电子电路协会规定的IPC-B-25 样件作为试验期间的控制样件，如IPC-B-25A 、IPC-B-25B 、IPC-B-25C 等型式。样件表面不能有焊料。 IPC 控制样件表面绝缘电阻的测量需在DC10V偏置电压下进行。
步骤B进一步包括以下步骤：
B1、配置盐溶液。在本实施例中，在步骤B中配置Na2S· 9H2O，取7g Na2S· 9H2O，配制比例是7克Na2S·9H2O加1升纯水。可以理解的是，盐溶液的配比可依需要改变，且所述盐溶液的具体构成及配比可根据所需测试的环境及测试项目自行选择。如选择其他盐物质：NH4HSO4、NH4NO3、NaCl、（NH4）2SO4、KCl、KNO3、K2SO4等。
B2、调节喷雾装置喷雾压力至20psi（Pounds per square inch），选取控制样件，将若干控制样件放置于喷雾装置内，仅对控制样件的其中一面进行喷涂，时间为7分钟。在本实施例中，选取四个控制样件。可以理解的是，控制样件的数量可根据需要进行调整，数量可取决于测试需要及喷涂装置上传送履带的宽度。样件数过少，不具代表性；过多则增加工作量。在本实施例中，四个样件按2×2矩阵摆放。
B3、对喷涂后的控制样件进行干燥。此步骤中可采用温湿试验箱或干燥箱对控制样件进行干燥。如果采用温湿试验箱进行干燥，则设置干燥条件为温度24℃、相对湿度小于40%RH，干燥24h；若采用干燥箱进行干燥，则只需在室温条件下干燥4h。
B4、对控制样件进行校验。将4块控制样件放在温湿试验箱内，设置温度及湿度，并分别对每个控制样件的表面绝缘电阻的阻值进行测量。在初次设置中，将温湿试验箱的温度及相对湿度设置为24℃、75%RH。
B5、判断是否所有控制样件的阻值均在0.5MΩ～5 MΩ范围内，如是，则此时的相对湿度值即为湿度阈值，并进入步骤C。如否，则进入步骤B6。
B6、若有任一块控制样件不能满足阻值范围的要求，则需对温湿试验箱的相对湿度进行调整，并重复步骤B5。阻值过大，可以调高相对湿度值；阻值过小，则降低相对湿度值，直至全部控制样件的表面绝缘电阻都在规定的范围内。在湿度调整过程中，相对湿度需在70%RH～80%RH之间。如果在70%RH～80%RH范围内仍不能满足阻值范围的要求，则需改变盐溶液的浓度以及喷涂时间。喷涂时间不变的情况下，盐溶液浓度增大，则表面绝缘电阻变小；浓度减小，则表面绝缘电阻增大。如果盐溶液浓度不变，喷涂时间越长，表面绝缘电阻越小。
步骤C、试验样品喷涂及湿度循环实验。此步骤中进一步包括以下步骤：
C1、与控制样件相同的喷涂技术及条件，对试验样品的两面进行喷涂。在喷涂过程中应使用绝缘胶带纸对PCB的连接器插针进行保护，防止盐溶液涂覆在插针表面。
C2、喷涂完毕后进行烘干或者自然晾干，然后将试验样品插入主机系统中。
C3、将主机系统放置于温湿试验箱中，先在初始条件下保持2小时。初始条件：包括初始温度及初始相对湿度。在本步骤中，初始温度为21℃至27℃、初始相对湿度为38%RH至42%RH；然后于1小时内将相对湿度从38%RH至42%RH升至湿度阈值（温度不变），在湿度阈值下保持2小时；之后相对湿度再降至38%RH至42%RH。以上为1个循环，共循环2次(参见图1)。期间连续进行性能及功能检测。初始相对湿度40%RH是现有PCB板常用使用环境，如空调通信机房中较常见的相对湿度，具有代表意义；此值允许偏差，按有关标准，相对湿度偏差通常为±2%RH。环境湿度大小，影响到设备的性能指标、电气安全指标，当然包括内部PCB的表面绝缘电阻。
步骤D、对经过湿度循环实验的试验样品是否合格进行判断。若喷涂后的试验样品能在40%RH～湿度阈值范围的湿度循环试验过程中保持功能及性能正常，则认为样品通过了加速模拟试验。若试验样品功能不正常或其失效与表面漏电流有关，则认为试验样品未能通过试验。
本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法具有系统性，包括不盐溶液的配置、盐溶液的喷涂、喷涂均匀性的控制、表面绝缘电阻的测量、湿度阈值的确定、干燥、温湿度循环试验等步骤。本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法适用于模拟各种盐分的腐蚀颗粒，如NH4HSO4、NH4NO3、（NH4）2SO4、KCl、KNO3、K2SO4等；盐溶液浓度可依据实际情况自行配置。本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法针对性强，适合用于评价PCB单板耐污染能力。本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法引进了标准互连与封装电子电路协会规定的IPC-B-25样件，通过测量其表面绝缘电阻，控制喷覆的均匀性和确定湿度阈值，保证了实验的准确性。本发明的PCB板耐腐蚀能力测试方法的模拟针对性、准确性较佳。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种PCB板耐腐蚀能力测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤A、对试验样品进行初步检测；所述步骤A中，将试验样品插入其主机系统中在初始相对湿度下保持12小时后，然后4小时内将相对湿度升至高限相对湿度并保持24小时，期间进行性能检测；
步骤B、取控制样件，喷涂盐溶液至控制样件，并对其性能进行检测用以确定湿度阈值；所述步骤B进一步包括以下步骤：
B1、配置盐溶液；
B2、对控制样件喷涂盐溶液；
B3、对喷涂后的控制样件进行干燥；
B4、将控制样件放在温湿试验箱内，设置温度及相对湿度，并分别对每个控制样件的表面绝缘电阻的阻值进行测量；
B5、判断是否所有控制样件的阻值均在给定范围0.5MΩ～5 MΩ范围内，如是，则此时的相对湿度值即为湿度阈值，并进入步骤C；如否，则进入步骤B6；
B6、对温湿试验箱的相对湿度进行调整，并重复步骤B5；
步骤C、喷涂盐溶液至试验样品，并采用湿度阈值对试验样品进行湿度循环实验；
所述步骤C进一步包括以下步骤，
C1、对试验样品的两面进行喷涂；
C2、喷涂完毕后进行烘干或者自然晾干，然后将试验样品插入主机系统中；
C3、将主机系统放置于温湿试验箱中，先在初始温度及初始相对湿度下保持2小时；然后于1小时内将相对湿度从初始相对湿度升至湿度阈值且温度保持不变，在湿度阈值下保持2小时；之后相对湿度再降至初始相对湿度，以上为1个循环，共循环2次，期间对试验样品进行连续检测；
步骤D、对经过湿度循环实验的试验样品是否合格进行判断。
2.根据权利要求1所述PCB板耐腐蚀能力测试方法，其特征在于：所述步骤B中，采用互连与封装电子电路协会规定的IPC-B-25样件。
3.根据权利要求1所述PCB板耐腐蚀能力测试方法，其特征在于：所述步骤B1中，采用Na2S·9H2O溶液，配置比例为7克 Na2S·9H2O加1升纯水。
4.根据权利要求1所述PCB板耐腐蚀能力测试方法，其特征在于：所述步骤B2中，仅对控制样件的其中一面进行喷涂。
5.根据权利要求1所述PCB板耐腐蚀能力测试方法，其特征在于：所述步骤B4中，在初次设置中将温湿试验箱的温度及相对湿度设置为24℃、75%RH。
6.根据权利要求1所述PCB板耐腐蚀能力测试方法，其特征在于：所述步骤B6中，如测试所得阻值过大则调高相对湿度值；如阻值过小则降低相对湿度值。
7.根据权利要求1所述PCB板耐腐蚀能力测试方法，其特征在于：所述步骤B6中，调整相对湿度值并对试验样件的阻值重新进行测量，调整过程中，相对湿度需在70%RH～80%RH之间。
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