军用印制板标准体系建设研究

张永华 王璎琰 李成虎

(无锡江南计算技术研究所军用印制板质量检测中心，江苏 无锡 214083)

0 前言

印制电路板（简称印制板）主要由绝缘基材和附着在基材表面的导电材料组成，在电子设备中可起到机械支撑、电路绝缘和互连导通的作用，随着制造技术的不断发展，印制板内埋置的电阻、电容、电感，甚至集成电路等，使得印制板也逐渐承担部分电路元件的功能。军用印制板是指应用于地面固定、车载、舰载、机载和航天等军用电子设备中的印制板，其典型特点是应用环境恶劣，服役寿命较长，因此制造过程中的质量管控也更为严格，与可靠性相关的性能要求也更高。

随着军用电子装备小型化、高集成度和多功能化的发展需求，精细导线和节距、微导通孔、高密度组装焊盘等结构在军用印制板产品中的应用越来越普遍，这在增大印制板加工制造难度的同时，也增加了军用电子装备长期使用可靠性的风险，往往轻微的质量缺陷便会造成军事效益和经济效益的巨大损失。因此，明晰军用印制板的特殊性，并有针对性地对军用印制板产品设计、生产、电装和使用的全寿命过程进行标准化要求，进而改进、健全、完善符合我国军用印制板行业现状和发展规律的标准体系，对解决产品交付过程中供需双方的认识矛盾问题，持续提升军用电子装备的质量和可靠性，推动国防现代化和航天事业的新发展，将起到稳固的基础支撑作用。

1 印制板标准体系结构

按照材料、结构和应用环境的不同，印制板通常分为刚性（常规）印制板、挠性和刚挠结合印制板、高频高速印制板、金属基（芯）印制板等。印制板标准体系，基础标准包括术语和定义、包装和贮存等，印制板制造阶段包括设计、基材和辅料的要求，产品交付阶段包括质量鉴定和性能规范，以及配套的测试试验方法等，电子组装阶段包括焊接、清洗和组装的要求，使用阶段包括可靠性评价方法和寿命预计等，如图1所示。

图1 印制板标准体系结构

2 国际和国外先进印制板标准体系研究

2.1 国际印制板标准（IEC）

当前，印制板国际标准为国际电工委员会（IEC）的标准，IEC成立于1906年，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程领域的国际标准化工作。IEC有81个成员国，我国也是成员国之一，我国印制电路板国家标准（GB）大多是以IEC标准为基础编制而成。IEC标准在国际上有着非常重要的地位，但由于其主要针对消费类电子产品，技术指标要求普遍较低，因此在可靠性要求较高的军用印制板领域和航空、航天领域较少采用。

2.2 国外先进印制板标准

2.2.1 电子工业联接协会标准（IPC）

1957年9月，美国六家印制板企业建立了The Institute of Printed Circuit（印制电路协会），之后改名为The Institute of the Interconnecting and Packing Electronic Circuit（电子电路互连与封装协会），又在1998年再次更名为Association Of Connecting Electronics Industries（电子工业联接协会）。IPC标准体系具有适应性强和通用性广的显著特点，技术要求一直处于国际领先地位，是当前印制板和电子组装行业最为权威的标准，对全球的电子电路行业影响巨大，其多数标准被美国国家标准（ANNI）和美国军用标准（MIL）所直接采纳。

根据产品复杂度、可制造性和可靠性要求不同，IPC标准通常将最终产品的可接受条件分为3个等级：

1级，通用类电子产品。包括消费类电子产品、某些计算机及其外围设备和以使用功能为主要用途的产品。

2级，专用服务类电子产品。包括通讯设备、复杂的工商业设备和高性能、长寿命测量仪器等。在通常的使用环境下，这类产品不应该发生故障。

3级，高性能电子产品。包括能持续运行的高可靠、长寿命的军用、民用设备。这类产品在使用过程中绝对不允许发生中断故障，同时在恶劣的环境下，也要确保设备的可靠的启动和运行。例如医疗救生设备和军事装备系统等。

此外，对3级性能之上的更高要求（如航天及军用航空电子产品）定为3A级。

结合印制板标准体系，IPC中可参考的常用印制板标准如表1所示。

表1 IPC标准

2.2.2 美国军用标准（MIL）

美国军用标准是美国国防部批准的用于军用设备的标准。军用印制板标准最著名的是MIL-P-55110《刚性印制电路板通用规范》，我国的国军标GJB 362就是主要参照该标准进行制定的。近年来，美军标较少推出新的标准，并逐渐以IPC的3级和3A级标准要求来控制产品质量，美军标中的常用印制板标准包括：

MIL-PRF-31032B 印制电路板总规范

MIL-PRF-31032/1D 有镀覆孔刚性多层印制板

MIL-PRF-31032/2C 有或无镀覆孔刚性单双面印制板

MIL-PRF-31032/3C 有或无镀覆孔、有或无增强板挠性单双面印制板

MIL-PRF-31032/4C 有或无镀覆孔、有或无增强板挠性多层印制板

MIL-PRF-31032/5B有镀覆孔刚性多层高频印制板

MIL-PRF-31032/6B有或无镀覆孔刚性单双面高频印制板

MIL-STD-257军用印制电路设计

3 国内印制板标准状况研究

3.1 国家标准（GB）

国标分为强制性标准和推荐性标准（GB/T），凡是涉及公共安全、人身健康、生命财产安全和重要军工系统的产品标准都要执行强制性标准。印制板是电子整机产品的基础部件，一般印制板标准不是强制性标准，但在一些重要产品中应用时就需要执行强制性标准，如宇航、医疗标准等。GB中可参考的常用印制板标准如表2所示。

表2 国标中的印制板标准

3.2 电子行业标准（SJ）

电子工业部的前身是第四机械工业部，电子行业标准（SJ）是四和机汉语拼音的第一个字母。SJ印制板标准体系（见表3）覆盖面较广，并在不断的补充完善中，更新速度也相对较快，其中的许多标准，如SJ 20810《印制板尺寸和公差》、SJ 10309《印制板用阻焊剂》等标准在行业内认可度和使用情况都非常好，国军标中的许多设计类和材料类的标准要求，也主要以参考SJ标准为主。

表3 SJ中的印制板标准

3.3 中国电子电路行业协会标准（CPCA）

中国电子电路行业协会CPCA成立于1990年6月，由印制电路PCB、覆铜箔板CCL等原辅材料、专用设备以及部分电子组装SMT和电子制造服务EMS的企业以及相关科研院校组成。CPCA发动广大企业参与制订CPCA标准和WECC标准，并与IPC和JPCA制订了多项联合标准，其中有代表性的标准包括：

CPCA 1201-2009 印制板的包装、运输和保管

T/CPCA 4105-2016 印制电路用金属基覆铜箔层压板

T/CPCA 4106-2016 有机陶瓷基覆铜箔层压板

CPCA/JPCA 4306-2011 印制板用阻焊剂

CPCA/JPCA 4307-2011 印制板用标记油墨

T/CPCA 6044-2017 印制电路板安全性能规范

T/CPCA 6045-2017 高密度互连印制电路板技术规范

4 军用印制板标准体系现状

4.1 军用印制板标准体系构成

军用印制板标准是在参考美军标和IPC标准的基础上，结合国内军用印制板产品生产制造能力和使用单位需求，遵循军用标准编写格式编制而成。现行有效的军用印制板标准如表4所示。

由表4可见，军用印制板标准体系中无术语和定义标准，以参考GB/T 2036为主；印制板设计要求标准涵盖了最常见的刚性和挠性印制板类型，而尺寸和公差、对位精度等要求参考标准SJ 20810等；基材标准有规定刚性覆铜箔基材、增强型聚四氟乙烯（PTFE）高频基材和金属基覆铜箔基材的技术要求；产品验收标准规定了刚性、挠性和微波印制板产品的技术要求，质量保证规定和交货准备（包装、储存和运输等），以及验收判据；试验方法标准中有配合基材规范的试验方法标准，以及球栅阵列（BGA的平整度、剪切力等）的试验方法标准，成品印制板测试方法标准以参考GB/T 4677为主，并对铜箔抗拉强度和伸长率、连接盘的拉脱强度等进行了补充；印制板组装标准规定了常见表面安装器件[片式元件（BGA）、方型扁平式封装（QFP）、方型偏平式无针脚封装（QFN）、球栅网格阵列封装等）]焊接、检测和返修的要求；可靠性标准是通过对表面安装器件进行温度循环试验的方法来评价焊点的寿命。综上所述，无论是设计标准中可制造性和可靠性的考虑，验收标准中的性能要求和质量保证规定，还是电子组装件的焊点验收判据，其标准制定的核心都是为了保证军用印制板产品的交付质量和使用可靠性。

表4 军用印制板标准体系

4.2 军用印制板标准体系存在的主要问题

4.2.1 标准更新周期过长，技术指标缺乏先进性

通常军用印制板标准发布实施5年后，才可提出标准修订的申请，从申请立项到完成标准报批最快也需2～3年时间，加上之后不定期的标准化审查时间，往往标准的最快更新周期也需要近10年。而国际IPC标准，通常在新标准发布后便会快速启动修订工作，其中使用率较高的标准如IPC 600和IPC 610等，3～4年便会有一个新版本推出。

市场对电子产品小型化和高集成度的需求，不断推动着印制电路行业新材料、新结构、新工艺、新方法的快速发展，这与标准迟缓的更新速度产生了显著的矛盾。一方面，对于已普遍采用的新结构和新工艺，由于现行有效标准中缺少相关的性能要求或测试方法，无法对其进行质量考核，为产品交付后的使用可靠性埋下了隐患；另一面，由于行业整体制造能力的快速提升，落后的技术指标要求也阻碍了新材料和新工艺的广泛应用，以及新方法的推广实施。

4.2.2 标准类型短缺明显，限制了标准的推广应用

当前军用印制板标准体系的核心在于规范军用印制板产品的交付质量，保证军用电子产品的长期无故障运行，因此产品鉴定和性能规范，以及电装后的产品验收规范相对完善，但印制板基材和辅料，专业测试方法，通用电子数据，以及电子组装工艺等标准明显短缺，这导致承制方和采购方只能按照国外标准或制定企业标准来控制产品质量。由于缺乏统一权威的规范，生产单位和使用单位间的认识偏差常常引起不必要的拒收，造成生产成本的增加和资源的巨大浪费。

此外，随着信号传输频率和传输速度的快速提高，行业对高频高速电路的设计、材料和测试评价方法类标准的需求非常迫切，而配套的军用印制板标准不仅发布速度跟不上市场步伐，同时已发布标准也缺乏有效的推广宣贯，这不仅限制了标准的实施应用，编制单位也无法获得使用者良好的信息反馈，阻碍了标准进一步的修订完善。

4.2.3 标准内容不够全面，难以满足市场需求

我国虽然早已是印制板制造第一大国，工艺技术能力处于国际领先地位，并贡献了全球超过60%的产量，但与之不相称的是印制板相关标准体系的建设一直处于跟随者的角色，这一方面是由于国内印制板行业起步成熟较晚，更主要的原因是国内缺乏良好的标准编制合作模式，以及果敢、坚毅的开拓性精神。

国标、电子行业标准和国军标，无论组成结构和技术指标，整体上讲主要源自于IEC、IPC和MIL等国际标准和国外先进标准；借鉴国外标准体系的系统性和先进性，结合国内印制板设计、制造的现状，对于快速建立成熟、实用的国内标准体系，的确起到了事半功倍的作用，但国内标准编制过程中对技术指标确定来源的过分强调，对新工艺的过度不信任，无形中也限定了标准内容的先进性和全面性，这种背景下编制出的标准，虽能解决基础性问题，但面对市场的实际需求和新技术时，却完全无应对之力。如对阻焊膜厚度（见图2）的要求，通常规定“A处的阻焊膜厚度不应大于0.1 mm，B处的阻焊膜厚度应不小于0.018 mm，C处的阻焊膜应能覆盖导电图形”。

图2 阻焊膜厚度测量图

上述要求对于常规印制板起到了很好的阻焊覆盖度要求的限定作用，但对于当前高速电路中经常采用的较厚铜（大于70 μm）结构，为保证C处阻焊膜不会出现暴露导体的情形，通常都会增大阻焊膜的印刷量，此时A处的阻焊膜厚度往往会超过0.1 mm。此外，限定A处阻焊膜厚度的初衷是为了防止其与邻近待焊接焊盘高度差过大，引起可焊性不良现象的发生（见图3），但这一高度差的具体要求，以及阻焊膜与焊盘（铜箔限定的连接盘）间最小节距的要求，由于缺少普信的指标出处和充分的试验数据支撑，国内的印制板标准中均未作出明示，但这些参数对于指导印制板设计，保证电装良率和质量，却是非常关键的，也是生产单位迫切需要的。

图3 基材上阻焊膜厚度偏厚导致可焊性不良

4.2.4 标准之间的协调性差，阻碍了标准的作用发挥

军用印制板标准的协调性差一方面表现在同国标、电子行业标准存在重复修订，材料名称、型号、分类等不统一，技术要求相互矛盾；另一方面，各项军用印制板标准之间也存在相互引用不合理，内容要求不匹配的现象。标准之间的协调性差，不仅影响了独立标准的可信度和可操作性，也削弱了标准体系整体性作用的发挥。

5 军用印制板标准体系建设的思考

紧密结合军用印制板产品设计、制造的技术特点，紧跟最新技术发展趋势，合理参照国外先进技术标准，建设满足军用电子设备高可靠性要求，适用我国军用印制板行业需求的标准体系，仍是军用印制板标准体系下一阶段建设的主要方式和主体目标，在这一建设思路下，重心工作包括：

（1）紧贴行业发展需求，完善标准体系结构。对于已丧失技术先进性的标准，如GJB 2830-1997《挠性和刚挠印制板设计要求》等，快速开展标准的修订工作；对于行业需求度较高的标准，如高频/高速基材规范、可靠性考核方法和寿命预计等，及时开展相关的技术研究；对于行业内广泛采用并对武器装备质量起关键性保证作用的标准，如GJB 9491-2018《微波印制板通用规范》等，应紧跟最新的技术发展趋势，适时开展标准更新；对于特殊类型印制板，如金属基印制板和埋置器件印制板等，应准确把握实际需求，合理进行补充建设。

（2）在军民协作、深度融合的大背景下，积极探索广泛采用国家标准和行业标准的可能性，如印制板设计标准、基材和辅料标准，以及通用测试方法标准等，减少军用标准不必要的重复编制。同时加强与军品印制板设计、生产和使用单位的交流合作，共同参与、推动军用印制板标准体系的特色化、实用性和先进性建设。

（3）在参照国际标准和国外先进标准的同时，准确把握行业需求，积极开展技术创新研究，对明显处于技术落后的性能要求，不迷信权威，果断修正，对缺少充分参考依据的指标参数，努力推动共同研讨和技术交流活动，保证标准内容的实用性和可操作性，使军用印制板标准能真正发挥出对产品质量和可靠性的支撑作用。