軍用印制板標準體系建設研究

張永華 王瓔琰 李成虎

(無錫江南計算技術研究所軍用印制板質量檢測中心，江蘇 無錫 214083)

0 前言

印制電路板（簡稱印制板）主要由絕緣基材和附著在基材表面的導電材料組成，在電子設備中可起到機械支撐、電路絕緣和互連導通的作用，隨著制造技術的不斷發展，印制板內埋置的電阻、電容、電感，甚至集成電路等，使得印制板也逐漸承擔部分電路元件的功能。軍用印制板是指應用于地面固定、車載、艦載、機載和航天等軍用電子設備中的印制板，其典型特點是應用環境惡劣，服役壽命較長，因此制造過程中的質量管控也更為嚴格，與可靠性相關的性能要求也更高。

隨著軍用電子裝備小型化、高集成度和多功能化的發展需求，精細導線和節距、微導通孔、高密度組裝焊盤等結構在軍用印制板產品中的應用越來越普遍，這在增大印制板加工制造難度的同時，也增加了軍用電子裝備長期使用可靠性的風險，往往輕微的質量缺陷便會造成軍事效益和經濟效益的巨大損失。因此，明晰軍用印制板的特殊性，并有針對性地對軍用印制板產品設計、生產、電裝和使用的全壽命過程進行標準化要求，進而改進、健全、完善符合我國軍用印制板行業現狀和發展規律的標準體系，對解決產品交付過程中供需雙方的認識矛盾問題，持續提升軍用電子裝備的質量和可靠性，推動國防現代化和航天事業的新發展，將起到穩固的基礎支撐作用。

1 印制板標準體系結構

按照材料、結構和應用環境的不同，印制板通常分為剛性（常規）印制板、撓性和剛撓結合印制板、高頻高速印制板、金屬基（芯）印制板等。印制板標準體系，基礎標準包括術語和定義、包裝和貯存等，印制板制造階段包括設計、基材和輔料的要求，產品交付階段包括質量鑒定和性能規范，以及配套的測試試驗方法等，電子組裝階段包括焊接、清洗和組裝的要求，使用階段包括可靠性評價方法和壽命預計等，如圖1所示。

圖1 印制板標準體系結構

2 國際和國外先進印制板標準體系研究

2.1 國際印制板標準（IEC）

當前，印制板國際標準為國際電工委員會（IEC）的標準，IEC成立于1906年，是世界上成立最早的國際性電工標準化機構，負責有關電氣工程領域的國際標準化工作。IEC有81個成員國，我國也是成員國之一，我國印制電路板國家標準（GB）大多是以IEC標準為基礎編制而成。IEC標準在國際上有著非常重要的地位，但由于其主要針對消費類電子產品，技術指標要求普遍較低，因此在可靠性要求較高的軍用印制板領域和航空、航天領域較少采用。

2.2 國外先進印制板標準

2.2.1 電子工業聯接協會標準（IPC）

1957年9月，美國六家印制板企業建立了The Institute of Printed Circuit（印制電路協會），之后改名為The Institute of the Interconnecting and Packing Electronic Circuit（電子電路互連與封裝協會），又在1998年再次更名為Association Of Connecting Electronics Industries（電子工業聯接協會）。IPC標準體系具有適應性強和通用性廣的顯著特點，技術要求一直處于國際領先地位，是當前印制板和電子組裝行業最為權威的標準，對全球的電子電路行業影響巨大，其多數標準被美國國家標準（ANNI）和美國軍用標準（MIL）所直接采納。

根據產品復雜度、可制造性和可靠性要求不同，IPC標準通常將最終產品的可接受條件分為3個等級：

1級，通用類電子產品。包括消費類電子產品、某些計算機及其外圍設備和以使用功能為主要用途的產品。

2級，專用服務類電子產品。包括通訊設備、復雜的工商業設備和高性能、長壽命測量儀器等。在通常的使用環境下，這類產品不應該發生故障。

3級，高性能電子產品。包括能持續運行的高可靠、長壽命的軍用、民用設備。這類產品在使用過程中絕對不允許發生中斷故障，同時在惡劣的環境下，也要確保設備的可靠的啟動和運行。例如醫療救生設備和軍事裝備系統等。

此外，對3級性能之上的更高要求（如航天及軍用航空電子產品）定為3A級。

結合印制板標準體系，IPC中可參考的常用印制板標準如表1所示。

表1 IPC標準

2.2.2 美國軍用標準（MIL）

美國軍用標準是美國國防部批準的用于軍用設備的標準。軍用印制板標準最著名的是MIL-P-55110《剛性印制電路板通用規范》，我國的國軍標GJB 362就是主要參照該標準進行制定的。近年來，美軍標較少推出新的標準，并逐漸以IPC的3級和3A級標準要求來控制產品質量，美軍標中的常用印制板標準包括：

MIL-PRF-31032B 印制電路板總規范

MIL-PRF-31032/1D 有鍍覆孔剛性多層印制板

MIL-PRF-31032/2C 有或無鍍覆孔剛性單雙面印制板

MIL-PRF-31032/3C 有或無鍍覆孔、有或無增強板撓性單雙面印制板

MIL-PRF-31032/4C 有或無鍍覆孔、有或無增強板撓性多層印制板

MIL-PRF-31032/5B有鍍覆孔剛性多層高頻印制板

MIL-PRF-31032/6B有或無鍍覆孔剛性單雙面高頻印制板

MIL-STD-257軍用印制電路設計

3 國內印制板標準狀況研究

3.1 國家標準（GB）

國標分為強制性標準和推薦性標準（GB/T），凡是涉及公共安全、人身健康、生命財產安全和重要軍工系統的產品標準都要執行強制性標準。印制板是電子整機產品的基礎部件，一般印制板標準不是強制性標準，但在一些重要產品中應用時就需要執行強制性標準，如宇航、醫療標準等。GB中可參考的常用印制板標準如表2所示。

表2 國標中的印制板標準

3.2 電子行業標準（SJ）

電子工業部的前身是第四機械工業部，電子行業標準（SJ）是四和機漢語拼音的第一個字母。SJ印制板標準體系（見表3）覆蓋面較廣，并在不斷的補充完善中，更新速度也相對較快，其中的許多標準，如SJ 20810《印制板尺寸和公差》、SJ 10309《印制板用阻焊劑》等標準在行業內認可度和使用情況都非常好，國軍標中的許多設計類和材料類的標準要求，也主要以參考SJ標準為主。

表3 SJ中的印制板標準

3.3 中國電子電路行業協會標準（CPCA）

中國電子電路行業協會CPCA成立于1990年6月，由印制電路PCB、覆銅箔板CCL等原輔材料、專用設備以及部分電子組裝SMT和電子制造服務EMS的企業以及相關科研院校組成。CPCA發動廣大企業參與制訂CPCA標準和WECC標準，并與IPC和JPCA制訂了多項聯合標準，其中有代表性的標準包括：

CPCA 1201-2009 印制板的包裝、運輸和保管

T/CPCA 4105-2016 印制電路用金屬基覆銅箔層壓板

T/CPCA 4106-2016 有機陶瓷基覆銅箔層壓板

CPCA/JPCA 4306-2011 印制板用阻焊劑

CPCA/JPCA 4307-2011 印制板用標記油墨

T/CPCA 6044-2017 印制電路板安全性能規范

T/CPCA 6045-2017 高密度互連印制電路板技術規范

4 軍用印制板標準體系現狀

4.1 軍用印制板標準體系構成

軍用印制板標準是在參考美軍標和IPC標準的基礎上，結合國內軍用印制板產品生產制造能力和使用單位需求，遵循軍用標準編寫格式編制而成。現行有效的軍用印制板標準如表4所示。

由表4可見，軍用印制板標準體系中無術語和定義標準，以參考GB/T 2036為主；印制板設計要求標準涵蓋了最常見的剛性和撓性印制板類型，而尺寸和公差、對位精度等要求參考標準SJ 20810等；基材標準有規定剛性覆銅箔基材、增強型聚四氟乙烯（PTFE）高頻基材和金屬基覆銅箔基材的技術要求；產品驗收標準規定了剛性、撓性和微波印制板產品的技術要求，質量保證規定和交貨準備（包裝、儲存和運輸等），以及驗收判據；試驗方法標準中有配合基材規范的試驗方法標準，以及球柵陣列（BGA的平整度、剪切力等）的試驗方法標準，成品印制板測試方法標準以參考GB/T 4677為主，并對銅箔抗拉強度和伸長率、連接盤的拉脫強度等進行了補充；印制板組裝標準規定了常見表面安裝器件[片式元件（BGA）、方型扁平式封裝（QFP）、方型偏平式無針腳封裝（QFN）、球柵網格陣列封裝等）]焊接、檢測和返修的要求；可靠性標準是通過對表面安裝器件進行溫度循環試驗的方法來評價焊點的壽命。綜上所述，無論是設計標準中可制造性和可靠性的考慮，驗收標準中的性能要求和質量保證規定，還是電子組裝件的焊點驗收判據，其標準制定的核心都是為了保證軍用印制板產品的交付質量和使用可靠性。

表4 軍用印制板標準體系

4.2 軍用印制板標準體系存在的主要問題

4.2.1 標準更新周期過長，技術指標缺乏先進性

通常軍用印制板標準發布實施5年后，才可提出標準修訂的申請，從申請立項到完成標準報批最快也需2～3年時間，加上之后不定期的標準化審查時間，往往標準的最快更新周期也需要近10年。而國際IPC標準，通常在新標準發布后便會快速啟動修訂工作，其中使用率較高的標準如IPC 600和IPC 610等，3～4年便會有一個新版本推出。

市場對電子產品小型化和高集成度的需求，不斷推動著印制電路行業新材料、新結構、新工藝、新方法的快速發展，這與標準遲緩的更新速度產生了顯著的矛盾。一方面，對于已普遍采用的新結構和新工藝，由于現行有效標準中缺少相關的性能要求或測試方法，無法對其進行質量考核，為產品交付后的使用可靠性埋下了隱患；另一面，由于行業整體制造能力的快速提升，落后的技術指標要求也阻礙了新材料和新工藝的廣泛應用，以及新方法的推廣實施。

4.2.2 標準類型短缺明顯，限制了標準的推廣應用

當前軍用印制板標準體系的核心在于規范軍用印制板產品的交付質量，保證軍用電子產品的長期無故障運行，因此產品鑒定和性能規范，以及電裝后的產品驗收規范相對完善，但印制板基材和輔料，專業測試方法，通用電子數據，以及電子組裝工藝等標準明顯短缺，這導致承制方和采購方只能按照國外標準或制定企業標準來控制產品質量。由于缺乏統一權威的規范，生產單位和使用單位間的認識偏差常常引起不必要的拒收，造成生產成本的增加和資源的巨大浪費。

此外，隨著信號傳輸頻率和傳輸速度的快速提高，行業對高頻高速電路的設計、材料和測試評價方法類標準的需求非常迫切，而配套的軍用印制板標準不僅發布速度跟不上市場步伐，同時已發布標準也缺乏有效的推廣宣貫，這不僅限制了標準的實施應用，編制單位也無法獲得使用者良好的信息反饋，阻礙了標準進一步的修訂完善。

4.2.3 標準內容不夠全面，難以滿足市場需求

我國雖然早已是印制板制造第一大國，工藝技術能力處于國際領先地位，并貢獻了全球超過60%的產量，但與之不相稱的是印制板相關標準體系的建設一直處于跟隨者的角色，這一方面是由于國內印制板行業起步成熟較晚，更主要的原因是國內缺乏良好的標準編制合作模式，以及果敢、堅毅的開拓性精神。

國標、電子行業標準和國軍標，無論組成結構和技術指標，整體上講主要源自于IEC、IPC和MIL等國際標準和國外先進標準；借鑒國外標準體系的系統性和先進性，結合國內印制板設計、制造的現狀，對于快速建立成熟、實用的國內標準體系，的確起到了事半功倍的作用，但國內標準編制過程中對技術指標確定來源的過分強調，對新工藝的過度不信任，無形中也限定了標準內容的先進性和全面性，這種背景下編制出的標準，雖能解決基礎性問題，但面對市場的實際需求和新技術時，卻完全無應對之力。如對阻焊膜厚度（見圖2）的要求，通常規定“A處的阻焊膜厚度不應大于0.1 mm，B處的阻焊膜厚度應不小于0.018 mm，C處的阻焊膜應能覆蓋導電圖形”。

圖2 阻焊膜厚度測量圖

上述要求對于常規印制板起到了很好的阻焊覆蓋度要求的限定作用，但對于當前高速電路中經常采用的較厚銅（大于70 μm）結構，為保證C處阻焊膜不會出現暴露導體的情形，通常都會增大阻焊膜的印刷量，此時A處的阻焊膜厚度往往會超過0.1 mm。此外，限定A處阻焊膜厚度的初衷是為了防止其與鄰近待焊接焊盤高度差過大，引起可焊性不良現象的發生（見圖3），但這一高度差的具體要求，以及阻焊膜與焊盤（銅箔限定的連接盤）間最小節距的要求，由于缺少普信的指標出處和充分的試驗數據支撐，國內的印制板標準中均未作出明示，但這些參數對于指導印制板設計，保證電裝良率和質量，卻是非常關鍵的，也是生產單位迫切需要的。

圖3 基材上阻焊膜厚度偏厚導致可焊性不良

4.2.4 標準之間的協調性差，阻礙了標準的作用發揮

軍用印制板標準的協調性差一方面表現在同國標、電子行業標準存在重復修訂，材料名稱、型號、分類等不統一，技術要求相互矛盾；另一方面，各項軍用印制板標準之間也存在相互引用不合理，內容要求不匹配的現象。標準之間的協調性差，不僅影響了獨立標準的可信度和可操作性，也削弱了標準體系整體性作用的發揮。

5 軍用印制板標準體系建設的思考

緊密結合軍用印制板產品設計、制造的技術特點，緊跟最新技術發展趨勢，合理參照國外先進技術標準，建設滿足軍用電子設備高可靠性要求，適用我國軍用印制板行業需求的標準體系，仍是軍用印制板標準體系下一階段建設的主要方式和主體目標，在這一建設思路下，重心工作包括：

（1）緊貼行業發展需求，完善標準體系結構。對于已喪失技術先進性的標準，如GJB 2830-1997《撓性和剛撓印制板設計要求》等，快速開展標準的修訂工作；對于行業需求度較高的標準，如高頻/高速基材規范、可靠性考核方法和壽命預計等，及時開展相關的技術研究；對于行業內廣泛采用并對武器裝備質量起關鍵性保證作用的標準，如GJB 9491-2018《微波印制板通用規范》等，應緊跟最新的技術發展趨勢，適時開展標準更新；對于特殊類型印制板，如金屬基印制板和埋置器件印制板等，應準確把握實際需求，合理進行補充建設。

（2）在軍民協作、深度融合的大背景下，積極探索廣泛采用國家標準和行業標準的可能性，如印制板設計標準、基材和輔料標準，以及通用測試方法標準等，減少軍用標準不必要的重復編制。同時加強與軍品印制板設計、生產和使用單位的交流合作，共同參與、推動軍用印制板標準體系的特色化、實用性和先進性建設。

（3）在參照國際標準和國外先進標準的同時，準確把握行業需求，積極開展技術創新研究，對明顯處于技術落后的性能要求，不迷信權威，果斷修正，對缺少充分參考依據的指標參數，努力推動共同研討和技術交流活動，保證標準內容的實用性和可操作性，使軍用印制板標準能真正發揮出對產品質量和可靠性的支撐作用。