1、中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTM XXXXX-202X高速 印制板用涂/鍍層測試方法的編制說明1任務(wù)來源及簡要過程任務(wù)來源中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTM XXXXX-202X高速印 制板用涂/鍍層測試方法-，為廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃 5G通信用關(guān)鍵材料測試評價技術(shù)研究與設(shè)備開發(fā)項目中 測試技術(shù)的研究成果。根據(jù)項目要求，調(diào)研高速印制板用 涂/鍍層測試方法-相關(guān)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，并進行高速印制 板用表面處理材料試驗方法技術(shù)研究與方法標(biāo)準(zhǔn)化工作。該 標(biāo)準(zhǔn)主要由工業(yè)和信息化部電子第五研究所(以下簡稱電子 五所)起草，由中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會電子材料領(lǐng) 域委員會(CSTM/FC51)歸口。工作過

2、程表面處理層是印制板滿足后期組件板卡具有良好焊接 效果的重要保證。典型的印制板表面處理為OSP、沉錫、沉 銀、化學(xué)鑲金、化學(xué)鎂鋁金、電鍍鑲金、噴錫等，但是隨著 5G甚至6G通信的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品信號朝著更高頻率和 更高速度發(fā)展，電流在導(dǎo)體中傳輸時趨膚效應(yīng)更明顯，原本 只起到保焊作用的表面處理層，會因趨膚效應(yīng)，影響到信號 的傳輸速度?；诖?，對表面處理層其他特性，如表面粗糙此標(biāo)準(zhǔn)為新建的標(biāo)準(zhǔn)，無替代或廢止的相關(guān)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。11其它應(yīng)予說明的事項無。度、厚度等的表征就顯得尤為重要，同時在驗證表面處理層 對特性阻抗、插入損耗等影響信號傳輸性能的需求也較為迫 切。因此，有必要針對高速印制板上表面處理層

3、，建立一套 與信號完整性相關(guān)的測試及驗證方法。根據(jù)5G通信用關(guān)鍵材料測試評價技術(shù)研究與設(shè)備開發(fā) 項目的項目進度，2021年3月成立高速印制板用涂/鍍 層測試方法-標(biāo)準(zhǔn)的工作團隊，并開始著手調(diào)研有關(guān)阻焊 測試的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)方法的技術(shù)研究工作。2022年4 月完成了高速印制板用涂/鍍層測試方法-標(biāo)準(zhǔn)草稿的 編制，5月進行標(biāo)準(zhǔn)立項評審工作，經(jīng)專家主評審，同意標(biāo) 準(zhǔn)立項。標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位為電子五所，參與單位為電子 科技大學(xué)（以下簡稱電子科大）、中興通訊股份有限公司（以 下簡稱中興通訊）、深南電路股份有限公司（以下簡稱深南 電路）、博敏電子股份有限公司（以下簡稱博敏電子）、廣州 廣合科技股份有限

4、公司（以下簡稱廣合科技），其中電子五 所牽頭開展標(biāo)準(zhǔn)起草與技術(shù)研究，中興通訊負責(zé)測試需求研 究與方法驗證，深南電路、博敏電子和廣合科技參與標(biāo)準(zhǔn)起 草。2編制原則和主要內(nèi)容及解決的主要問題目前，國內(nèi)外針對表面處理層的測試標(biāo)準(zhǔn)均集中在可焊 性測試上，且測試方法較健全，但是對于影響到信號完整性 的特性，如表面粗糙度、厚度等，相關(guān)的測試較為欠缺。在 表面處理層的厚度測試上，常用的是ASTM B568-2014標(biāo)準(zhǔn) （X射線熒光測厚儀方式），該方法對于金屬層的表面處理， 如化錫、化銀等較為有效，但是對于非金屬材料的OSP表面 處理，卻不適用。在粗糙度測試上，國內(nèi)外無對表面處理層 的粗糙度測試的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)

5、標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29847-2013主要是針 對銅箔的粗糙度而開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。在對表面處理層的粗糙度上, 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)幾乎是一片空白。另外在驗證表面處理層對阻抗、 插入損耗的影響上，目前國內(nèi)外也未見相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，也是出于 一片空白的狀態(tài)。因此本標(biāo)準(zhǔn)的建立主要是彌補該空白，為 高頻高速用表面處理層的相關(guān)測試和驗證提供依據(jù)。團隊按照GB/T 1. 1-2020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分： 標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則給出的規(guī)則，在充分研究消 化和充分吸收GB/T 29847-2013等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高速 印制板實際特點，以及前期通過研究摸索和驗證的方法，同 時考慮各項試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的“科學(xué)性”、“前瞻性”、“適

6、 用性”、實施檢測的可行性，研究制訂了高速印制板用涂 /鍍層測試方法-團體標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)填補高速印制板領(lǐng)域 中影響信號完整性的表面處理層特性相關(guān)測試和驗證方法 的空白，為高速印制板用表面處理層的性能測試和驗證提供 基礎(chǔ)依據(jù)，促進行業(yè)的發(fā)展。3標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容分析隨著電子產(chǎn)品信號朝著更高頻率和更高速度發(fā)展，電流 在導(dǎo)體中傳輸時趨膚效應(yīng)更明顯。原本只起到保焊作用的表 面處理層，會因趨膚效應(yīng)，影響到信號的傳輸速度。團隊在 前期研究過程也驗證了這一結(jié)論。如下圖1,不同表面處理 層隨著頻率的增加，對插入損耗的影響逐漸增大。相對而言, OSP、化錫、化銀這三種表面處理層在高頻信號下對插入損 耗的影響相對較小，基

7、本與裸銅相當(dāng)。因此高速印制板用 涂/鍍層測試方法-團體標(biāo)準(zhǔn)也是主要針對這三種表面處 理層的特性提出相應(yīng)的測試方法和驗證方法。主要測試項目 包括表面處理層厚度、粗糙度、特性阻抗、插入損耗等。05101520Frequency (GHz)圖1不同表面處理層在高頻信號下對插入損耗的影響厚度該試驗項目主要是為測量表面處理層在厚度提供試驗 方法。該方法使用切片的方式，結(jié)合SEM的放大觀察測量功 能，來測量表面處理層的厚度。相比較于ASTM B568-2014 標(biāo)準(zhǔn)（X射線熒光測厚儀方式）的方法，對非金屬物質(zhì)的0SP 層也具有兼容性。業(yè)內(nèi)對于OSP厚度測量未見有標(biāo)準(zhǔn)參考，常規(guī)的測量方 式是在生產(chǎn)印制板過程

8、，使用一定面積的裸銅片，隨PCB表 面處理一起生產(chǎn)，使得裸銅片上也沉積上一層OSP膜。隨后 將裸銅片上的OSP,使用鹽酸溶液溶解后，根據(jù)其有機物在 紫外吸收光譜上的吸收強度，計算出平均OSP膜厚。該方法 適合在PCB加工工廠中品質(zhì)粗略監(jiān)控用。主要缺點是測量出 來的值是裸銅片上的整體平均厚度，并不能完全反映出PCB 焊盤上真實的厚度。其他金屬類表面處理層，例如化學(xué)沉錫、化學(xué)沉銀、化 學(xué)鍥金、電鍍銀金、噴錫等，業(yè)內(nèi)常用ASTMB568-2014標(biāo) 準(zhǔn)（X射線熒光測厚儀方式）標(biāo)準(zhǔn)進行測量。該方法主要優(yōu) 點在于快捷、方便。但是其局限性也比較明顯，如測量過程 是區(qū)域照射，結(jié)果為一定面積的平均值，不利于分

9、析小焊盤 上表面處理層的厚度。此外該方法受底部銅層粗糙度的影響 較大，且對于化銀一類厚度僅O.lpim0.5國11厚度的表面處理 層，精度也是大大折扣。團隊在綜合本實驗室平臺多年測試經(jīng)驗和通訊行業(yè)頭 部企業(yè)對表面處理層厚度測試方法后，確定了本標(biāo)準(zhǔn)對厚度 的測試方法。即選用切片+離子研磨+SEM觀察的方式進行測 試，借助SEM的高精度測量功能，可以準(zhǔn)確表征任何區(qū)域、 任意測試點的表面處理層厚度。同時，該方法只要是固體類表面處理層均適用，很好的兼容了 OSP這類非金屬類表面處 理層的厚度測量。粗糙度在高頻信號的趨膚效應(yīng)影響下，表面越粗糙對信號傳輸 越容易起到延遲的效應(yīng)，因此對表面處理層的粗糙度需要

10、進 行測量和監(jiān)控，本標(biāo)準(zhǔn)中的該測試項目就是為表面處理層粗 糙度提供相應(yīng)的測試方法和支撐。業(yè)內(nèi)并未見有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對表面處理層的粗糙度進行指 導(dǎo)測試。標(biāo)準(zhǔn)團隊在充分吸收國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29847-2013對 銅箔表面粗糙度測量方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前表面輪廓表征 的技術(shù)，提出使用激光輪廓儀的方式進行表面粗糙度的測量。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29847-2013在對銅箔表面粗糙度測試時, 要求使用的是接觸式測量儀器，對粗糙度儀/輪廓儀要求見 下表lo表1接觸式粗糙度儀/輪廓儀參數(shù)參數(shù)參考值切斷值0.8mm測量長度4.0mm自動記錄長度5mm鉆石觸針圓角半徑0.001 mmO.0025mm鉆石觸針壓力9.8x

11、10-4N從參數(shù)上不難看出，標(biāo)準(zhǔn)仍有一定的局限性，首先觸針 的前端圓角半徑?jīng)Q定了接觸式粗糙度儀的測量精度大于 0.001mm再者，接觸式的觸針在多次測試后，觸針會有所磨損，從而使得測量精度進一步劣化。如下圖2所示， 觸針磨損后所測的輪廓已失真。此外接觸式的測量方式對于 小粗糙度表面的表征也存在失真的風(fēng)險，如圖3所示，當(dāng)波 谷小于觸針直徑時，由于觸針不能接觸到波谷，儀器所記錄 的結(jié)果會有所損失。M竹Q 口圖2觸針磨損后的測量結(jié)果實際形狀圖3小粗糙度表面測量結(jié)果隨著輪廓表征技術(shù)的發(fā)展，特別是在光學(xué)系統(tǒng)收發(fā)技術(shù) 上的突破，促使表面粗糙度的表征上也有較大的飛躍。其測 試分辨率在X/Y方向可達到Inm,

12、重復(fù)精度（3。）在50倍 物鏡測試時為40nm；在Z向可達到0. 5nm,重復(fù)精度（o ） 在50倍物鏡測試時為12nm。顯然激光輪廓儀的非接觸式測 量方法更適用于小粗糙度表面的表面處理層。在表征粗糙度的參數(shù)上Rz （微觀不平度10點高度）是 指在測量長度內(nèi)，連續(xù)5個最大波峰至波谷之間距離的平均 值；Ra （輪廓算數(shù)平均偏差）是指在測量長度內(nèi)，從中心線 至粗糙度輪廓所有絕對距離的算數(shù)平均值。對比兩者的定義, 發(fā)現(xiàn)Rz體現(xiàn)的是表面上粗糙度的極值，Ra表征的是整體的 輪廓值。對于小粗糙度表面的表面處理層，Ra用于表征粗糙 度情況更加適用。3. 3特性阻抗該項測試主要是用于驗證表面處理層對特性阻抗性

13、能 的影響。考慮到表面處理層制作過程會對表面銅層有微蝕而 改變銅厚和表面微觀形貌，因此驗證的方法選用先制作表面 處理層測試特性阻抗，再使用不傷及銅層的化學(xué)試劑去除表 面處理層，最后測試無表面處理層情況下的特性阻抗值，兩 次阻抗值相減作為評估表面處理層對阻抗的影響值。此方法 使用同一阻抗線，控制了線寬、線距、線厚、基材Dk/Df差 異的變量，同時去除表面處理層采用不傷及阻抗線表面形貌 的方式，控制了線厚、和銅層粗糙度等的影響，保留了有無 表面處理層這單一變量。方法科學(xué)有效，可操作性更強。3.4插入損耗該項測試主要是用于驗證表面處理層對插入損耗性能的影響。驗證方法類似于3. 3的特性阻抗。使用同一插損信 號線，控制了線寬、線距、線厚、基材Dk/Df差異的變量, 同時去除表面處理層采用不傷及插損信號線表面形貌的方 式，控制了線厚、和銅層粗糙度等的影響，保留了有無表面 處理層這單一變量。方法科學(xué)有效，可操作性更強。4知識產(chǎn)權(quán)情況說明中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTM XXXXX-202X高速印 制板用涂/鍍層測試方法-是在5G通信用關(guān)鍵材料測試 評價技術(shù)研究與設(shè)備開發(fā)項目實施過程中摸索和驗證相關(guān) 方法，以及充分吸收GB/T 29847-2013標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容而制 定的，在制定過程中不涉及國