PCB印制电路板的老化、三防与静电

 

PCB在整个电子产品中，扮演了连接所有功能的角色，也因此电子产品的功能出现故障时，最先被怀疑往往就是PCB，又因为PCB的加工工艺相对复杂，所以PCB的生产控制以及后期维护显得尤为严格和重要。

A.以材料分 
　　　 a. 有机材料 
　　　 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide、BT等皆属之。
　　　 b. 无机材料 
　　　 铝基板、铜基板、陶瓷基板等皆属之，主要取其散熱功能。 
B. 以成品软硬区分 
　　　 a. 硬板 Rigid PCB 
　　　 b. 软板 Flexible PCB 
　　　 c. 软硬结合板 Rigid-Flex PCB 
C. 以结构分 
　　　 a. 单面板 
　　　 b. 双面板
　　　 c. 多层板

 PCB是为完成第一层次的元件和其它电子电路零件接合提供的一个组装基地，组装成一个具特定功能的模块或产品。

为提高产品可靠度,消除加工应力和残余溶剂等物质，模拟严酷工作环境，以鉴别和剔除产品工艺和元件引起的早期故障，确保整机优秀品质和期望寿命，进入高可靠的稳定期。

明显缺陷指那些导致产品不能正常工作的缺陷，例如短路/断路。而潜在缺陷导致产品暂时可以使用，但在使用中缺陷会很快暴露出来，产品不能正常工作。例如焊锡不足，产品虽然可以用，但轻微振动可能就会使焊点断路。
如果老化方法效果不好，则未被剔除的潜在缺陷将最终在产品运行期间以早期失效（或故障）的形式表现出来，从而导致产品返修率上升，维修成本增加。
其实，老化还有一个更重要的目的（和测试一样）：通过老化使产品加工工艺不断改进，使元器件品质不断改进，改进到不需要老化为止。单板在老化以后一定要经过测试，假如在测试中发现某个元器件经常损坏，则说明该器件有潜在缺陷，需要供应商改进品质。
 

其理想的老化点为图中的D点，D点的选择主要靠经验数据。图中的A、B、C……表示老化程度的不同，A点表示老化不足，老化后仍有较大比率的缺陷流入市场，而E点则是过老化，这样增加了老化成本，缩短了产品使用寿命。常见的环境应力比如温度应力、电应力、潮热应力、机械应力等。不过需要注意的是老化不能损坏好的部分或引入新的缺陷，老化应力不能超出设计极限。
 

另外，在一定时间范围内，老化时间越长，老化效果越好。

另外，在一定时间范围内，老化时间越长，老化效果越好。

如有短路，断路，元器件安装错误，缺件等缺陷的功能板。(这一部分应由质检初筛)。
1.将处于环境温度下的功能板放入处于同一温度下的热老化设备内，板卡以罗列方式叠放。
2.功能板处于运行状态。
3.然后设备内的温度应该以规定的速率上升到规定的温度值。
4.保持上电状态，每隔2小时进行功能测试。
5.之后取出时温度降低俩小时在进行功能测试。
6.连续重复3至7次。直到规定的老化时间，并且按规定的老化时间对功能板进行一次测量和记录。
7.测试时间整体内板卡处于运行上电状态。
 

有这种错误认识的人主要是不清楚老化的目的和原理，相信看了上面关于老化的说明后，这种错误认识自然会消失。有这种认识的人把老化作为保证产品质量的灵丹妙药，而忘记了老化要占用大量的时间和成本。老化所起到的作用一直没有一个准确的量化数据，只是一个统计结果。实验数据表明，我司的老化方法主要能发现元器件的早期失效。而解决这个问题应该依靠严格认证器件供应商，严格控制来料品质，不是老化。所以，一定要权衡老化的时间、成本和老化效果，不能把老化作为保证质量的心理安慰。

在现实条件下，如化学、震动、高尘、盐雾、潮湿与高温等环境，线路板可能 产生腐蚀、软化、变形、霉变等问题，导致线路板电路出现故障。三防漆涂覆于线路板的表面，形成一层三防的保护膜（三防指的是防潮、防盐雾、防霉）。在诸如 含化学物质（例如：燃料、冷却剂等）、震动、湿气、盐喷、潮湿与高温的情况下未使用三防漆的线路板可能被腐蚀、霉菌生长和产生短路等，导致电路出现故障， 使用三防漆可保护电路免受损害，从而提高线路板的可靠性，增加其安全系数，并保证其使用寿命。另外，由于三防漆可防止漏电，因此允许更高的功率和更近的印 制板间距。从而可满足元件小型化的目的。

含溶剂丙烯酸树脂三防漆（目前市场应用最广，大众化产品）
特点：具有表干、固化时间快，较好的三防性，价格便宜，颜色透明，质地柔韧、具有易于修复的特征。
聚氨酯三防漆
特点：质地较脆，有优良的耐溶剂性能。除了优越的防潮性能外，且在低温环境下性能稳定。
有机硅三防漆
柔软的弹性涂层材料，能很好的释放压力，耐高温200度，易修复。
目前我们公司使用的是英国易力高 DCA200H(SCC3)线路板三防漆，属于室温固化类型，。SCC3是一种柔软的、透明的、经改进的、硅酮树脂膜层保护剂。它的设计可以满足美国和欧洲的最高防御标准。并得到了包括英国国防部（MOD）防御标准59/49第四版和实验室条款（UL）QMJU2等的很多认可。SCC3不溶于普通溶剂，它只能被专用胶清除.也可通过再制的方法迸行焊接。SCC3适用于浸、喷，刷等涂敷工艺。

刷涂法是最简单的涂覆方法。通常用于局部的修补和维修，也可用于实验室环境或小批量试制/生产，一般是涂覆质量要求不是很高的场合。
注意事项：
刷涂之前首先要保证稀释的产品充分搅拌，放置2小时最佳。
盛放三防漆的容器要用金属或塑料的，木质、PVC的不可以，因为会产生化学反应，腐蚀容器，破坏产品。
清洁和烘板，除去潮气和水分。
欲涂物件表面的灰尘,潮气和油污一定要除净，彻底的清洗可确保腐蚀性的残余物被完全清除，并使三防漆很好地粘着在线路板表面。
毛刷的选择也十分重要，因为产品固化前产品并不绝缘，所以要选防静电、不掉毛的刷子，如高品质天然纤维刷。
刷涂时板尽量平放，刷涂后不应有滴露，刷涂应平整，也不能有裸露的部分，0.1-0.3mm之间为宜。
刷涂后的线路板不可倒立放置，这样会使涂层上薄下厚，仍然要平放。

浸涂法从涂覆工艺初期至今，一直有较广泛的使用，适用于需完全涂覆的场合；就涂覆的效果而言，浸涂方法是最有效的方法之一。
其中手工操作简便易行，投资小；材料转移率高，可完全涂覆整个产品而无遮蔽效应；而自动化浸涂设备可满足大批量生产的需要。
遮盖和去除遮盖难度工作量较大。涂覆质量难以控制。过多的人工操作可能会对产品造成成不必要的物理性损伤。
 注意事项：
线路板组件应垂直浸入涂料糟中。
连接器不要浸入，除非经过仔细遮盖，线路板应浸入1分钟，直至气泡消失，然后缓慢拿出。
线路板表面会形成一层均匀膜层。应让大部分涂料残留物从线路板上流回浸膜机。
线路板或元器件浸入速度不宜太快，以免产生过多气泡。
浸涂结束后再次使用时，若表面有结皮现象，将表皮除去，可继续使用。

手按罐喷涂也是手工喷涂的一种，使用喷雾罐型产品，适用于维修和小规模的生产，最大的优点就是方便。
总之，手工喷涂投资小，操作简便；机器自动化喷涂的涂覆一致性较好，生产效率最高，易于实现在线式自动化生产，可适于大中批量生产。一致性及材料成本通常会优于浸涂法，虽然也需要遮盖工艺但不如浸涂要求高。
相应的缺点是：需要遮盖工序；材料浪费大；需要大量人力；涂敷一致性差，可能有遮蔽效应，对窄间距元器件下面进入困维。

多余的三防漆则流回容器，通过泵送到高位槽中循环使用。
小批量生产时一般采用手工操作，直接向产品上浇三防漆，因此淋涂法又称为浇漆法。
大规模生产时一般采用自动流水线操作，通过调节喷嘴的大小或窄缝的宽度，来控制产品上三防漆涂膜的厚度。若涂膜较厚，由传送带经烘干箱出来的产品上的涂膜就会出现气泡。若涂膜较薄，产品就会出现露底，淋涂不均匀。因而淋涂法又称为幕涂。

任何物质都是由原子组合而成，而原子的基本结构为质子，中子以及电子。科学家们将质子定义为正电，中子不带电，电子带负电。在正常情况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负电平衡，所以对外表现出不带电的现象，但是由于外界作用如摩擦以各种能量如动能、位能、热能、化学能的形式作用会使原子的正负电不平衡。在日常生活中所说的摩擦实质上就是一种不断接触与分离的过程。有些情况下不摩擦也能产生静电，如感应静电起电、热点和压电起电等
当两个物体表面接触并做相对运动后分开，就会在两个个体表面留下可观的电荷。
非导体物质上一旦有电荷积累就不易放掉。塑料包装、塑料地板、化纤织物和合成纤维、工作服、袖套、元件盒、塑料泡沫、仪器罩、香烟盒、复印纸、打印纸等，都可能带上相当可观的静电。

Electro-Static discharge
static sensitivity device

目前，许多人对自己身上常常带可观的静电以至常常受静电放电电击的现象习以为常了、可是，你知道吗？当你的手触摸门把手或者水龙头的瞬间突然感受到电击甚至于听到“啪”的一声响之时，你身上的静电已经高达4000甚至5000V以上了。而且，在受电击之前，你并没有任何感觉。实际上，人的身体上，衣服上经常带有几百伏到几千伏的静电。只要构成通路，积累的静电就会放电。由于在极短的时间内释放出大量的能量，常常导致电路元件损坏，因为这种放电通常大大超过许多电路元件所能承受的限度。互补金属氧化物半导体(CMOS）或电气可编程只读内存（EPROM,electricall programmable read-only memory）这些常见元件，可分别被只有250伏和100伏的ESD电势差所破坏，而越来越多的敏感的现代元件，包括奔腾处理器，只要5伏就可毁掉。
早在1980年，HP公司的一个制造分部就进行了一次实验，以确定手的触摸对没有保护措施的IC的影响。共对87个集成电路进行了实验。首先经过测试证明他们是好的，然后将其中的40个像通常那样放入塑料盒内，其余47个则放在防静电泡沫塑料袋内。放在塑料盒的器件经过一些人的触摸后放回盒内，随后对着40个器件再测试，结果有31个没有通过测试，而对放在防静电泡沫塑料盒内的47个器件进行测试，证明全部都是好的
ESD以极高的强度很迅速地发生，通常将产生足够的热量熔化半导体芯片的内部电路，在电子显微镜下外表象向外吹出的小子弹孔，引起即时的和不可逆转的损坏。更加严重的是，这种危害只有十分之一的情况坏到引起在最后测试的整个元件失效。其它90%的情况，ESD损坏只引起部分的降级 - 意味着损坏的元件可毫无察觉地通过最后测试，而只在发货到顾客之后出现过早的现场失效。其结果是最损声誉的，对一个制造商纠正任何制造缺陷最付代价的地方。

地面材料：禁止直接使用木质地板或者铺设毛、麻、化纤地毯。及普通地板革；应该选用由静电导体材料构成的地面。如防静电活动地板或在普通地面上铺设防静电地垫，并有效接地。
接地：防静电系统必须有独立可靠的接地装置。接地电阻一般应小于10Ω；防静电地线不得接在电源零线上，不得与防雷地线共用；防静电设备连接端子应确保接触可靠，易拆装，允许使用各种夹式连接器。
湿度控制：防静电工作区的环境相对湿度以不低于50％为宜。
天花板材料：应该选用抗静电型材料制品。一般情况下允许使用石膏制品，禁止使用普通塑料制品。
墙壁面料：应该选用抗静电型墙纸。一般情况下允许使用石膏涂料或者石灰涂料。禁止使用普通墙纸以及塑料墙纸。
区域界限：防静电工作区应标明区域界限，并在明显处悬挂警示标志，警示标志应符合相关规定。

静电安全工作台：静电安全工作台是防静电工作区的基本组成部分，它由工作台、防静电桌垫、腕带接头和接地线组成；防静电桌垫上应有不少于两个的腕带接头，一个供操作人员使用，一个供技术人员、检验人员或者其他人员使用；静电安全工作台上不允许堆放普通的塑料盒（片）、橡皮、纸板或者玻璃等容易产生静电的杂物，图纸资料应该装入防静电文件袋内。

防静电腕带是防静电装备中最基本的，也是最为普遍使用的生产线上的必备品，不但在架设及操作上十分方便，在价格上亦最为经济实惠，其原因为通过腕带及接地线，将人体身上的静电排放至大地，故使用时腕带必需确实与皮肤接触，接地线亦需直接接地，并确保接地线畅通无阻才能发挥最大功效。

(静电敏感器static sensitivity device)的容器（元器件袋、转运箱、印制板架、元器件存放盒）
防静电托盘是一种理想的存放电子元器件工具。由于在原料中添加了特殊的聚合物链使制成品肯永久的静电耗散性能。成品有较好的机械强度和耐热性能；耐冲击强度好，耐化学腐蚀性强。不会因环境、时间温度而改变其防静电性能。
防静电托盘可以有效的释放物体表面积累的静电荷，使其不会产生电荷积聚和高电位差；可以大大减少电子产品在生产过程中的损坏率，减低了成本，提高了产品质量和利润。

防静电工作服(鞋)：进入防静电工作区或者接触SSD的人员应穿防静电工作服，防静电工作服的面料应该符合国标相关规定。
防静电织物是在纺织时，大致等间隔地或均匀地混入导电纤维或防静电合成纤维或两者混合交织而成的织物。
当接地时，织物上的静电除因导电纤维的电晕放电被中和之外，还可经由导电纤维向大地泄放；不接地时则借助于导电纤维微弱的电晕放电而消电。
静电鞋采用散电材料PVC或PU发泡材料制作鞋底，与鞋帮一体成型，然后进行上线加固。能有效释放静电，同时与防静电服一起构成完整的防静电体系。特性：能导出人体静电荷，鞋子不析出粉尘，能更有效的防尘抗静电。

Electro-Static discharge 静电放电
戴上防静电腕带，腕带必须与皮肤有良好接触，并将腕带接入可靠的接地系统中。

按定义，绝缘体不会导电，除了通过离子化不可能放电。如果一个带电荷的绝缘体保留在EPA，它将辐射一个静电场，引发净电荷到任何附近的物体上，因此增加对产品的ESD损坏的危险性。该区域的绝缘体，如聚苯乙烯杯或纸板盒，所带的电荷将安全地消散。虽然许多制造商企图从其EPA禁止绝缘材料，但这个方法是很难实施的。绝缘材料是日常生活中太多的一部分，从操作员坐落舒适的泡沫垫，到塑料盖中的一些东西。

防静电标志也称防静电标识。
防静电标志（标识）是防静电控制体系中不可缺少的一环，这些标志（标识）鲜明又形象地指示出与静电有关的产品、区域或包装等，提示工作人员时刻不忘静电的危害性，做好防范工作。可粘贴在车间所用的器材、产品的外包装、设备外壳或需防静电的场所中。

防静电工作区域标志位黄黑相间或黄白相间的斜条纹，线条宽度为5-10cm；

防静电标志应符合相关规定，一般常见防静电标志如下图：