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1、中国材料与试验团体标准T/CSTM XXXXX-202X高速 印制板用涂/镀层测试方法的编制说明1任务来源及简要过程3.1 任务来源中国材料与试验团体标准T/CSTM XXXXX-202X高速印 制板用涂/镀层测试方法-，为广东省重点领域研发计划 5G通信用关键材料测试评价技术研究与设备开发项目中 测试技术的研究成果。根据项目要求，调研高速印制板用 涂/镀层测试方法-相关的国内外标准，并进行高速印制 板用表面处理材料试验方法技术研究与方法标准化工作。该 标准主要由工业和信息化部电子第五研究所(以下简称电子 五所)起草，由中国材料与试验团体标准委员会电子材料领 域委员会(CSTM/FC51)归口
2、。3.2 工作过程表面处理层是印制板满足后期组件板卡具有良好焊接 效果的重要保证。典型的印制板表面处理为OSP、沉锡、沉 银、化学镶金、化学镁铝金、电镀镶金、喷锡等，但是随着 5G甚至6G通信的快速发展，电子产品信号朝着更高频率和 更高速度发展，电流在导体中传输时趋肤效应更明显，原本 只起到保焊作用的表面处理层，会因趋肤效应，影响到信号 的传输速度。基于此，对表面处理层其他特性，如表面粗糙此标准为新建的标准，无替代或废止的相关现行标准。11其它应予说明的事项无。度、厚度等的表征就显得尤为重要，同时在验证表面处理层 对特性阻抗、插入损耗等影响信号传输性能的需求也较为迫 切。因此，有必要针对高速印
3、制板上表面处理层，建立一套 与信号完整性相关的测试及验证方法。根据5G通信用关键材料测试评价技术研究与设备开发 项目的项目进度，2021年3月成立高速印制板用涂/镀 层测试方法-标准的工作团队，并开始着手调研有关阻焊 测试的国内外标准以及标准方法的技术研究工作。2022年4 月完成了高速印制板用涂/镀层测试方法-标准草稿的 编制，5月进行标准立项评审工作，经专家主评审，同意标 准立项。标准的主要起草单位为电子五所，参与单位为电子 科技大学（以下简称电子科大）、中兴通讯股份有限公司（以 下简称中兴通讯）、深南电路股份有限公司（以下简称深南 电路）、博敏电子股份有限公司（以下简称博敏电子）、广州
4、广合科技股份有限公司（以下简称广合科技），其中电子五 所牵头开展标准起草与技术研究，中兴通讯负责测试需求研 究与方法验证，深南电路、博敏电子和广合科技参与标准起 草。2编制原则和主要内容及解决的主要问题目前，国内外针对表面处理层的测试标准均集中在可焊 性测试上，且测试方法较健全，但是对于影响到信号完整性 的特性，如表面粗糙度、厚度等，相关的测试较为欠缺。在 表面处理层的厚度测试上，常用的是ASTM B568-2014标准 （X射线荧光测厚仪方式），该方法对于金属层的表面处理， 如化锡、化银等较为有效，但是对于非金属材料的OSP表面 处理，却不适用。在粗糙度测试上，国内外无对表面处理层 的粗糙度
5、测试的标准。国内标准GB/T 29847-2013主要是针 对铜箔的粗糙度而开发的标准。在对表面处理层的粗糙度上, 国内外标准几乎是一片空白。另外在验证表面处理层对阻抗、 插入损耗的影响上，目前国内外也未见相应标准，也是出于 一片空白的状态。因此本标准的建立主要是弥补该空白，为 高频高速用表面处理层的相关测试和验证提供依据。团队按照GB/T 1. 1-2020标准化工作导则 第1部分： 标准化文件的结构和起草规则给出的规则，在充分研究消 化和充分吸收GB/T 29847-2013等标准的基础上，结合高速 印制板实际特点，以及前期通过研究摸索和验证的方法，同 时考虑各项试验方法标准的“科学性”、
6、“前瞻性”、“适 用性”、实施检测的可行性，研究制订了高速印制板用涂 /镀层测试方法-团体标准，该标准填补高速印制板领域 中影响信号完整性的表面处理层特性相关测试和验证方法 的空白，为高速印制板用表面处理层的性能测试和验证提供 基础依据，促进行业的发展。3标准主要内容分析随着电子产品信号朝着更高频率和更高速度发展，电流 在导体中传输时趋肤效应更明显。原本只起到保焊作用的表 面处理层，会因趋肤效应，影响到信号的传输速度。团队在 前期研究过程也验证了这一结论。如下图1,不同表面处理 层随着频率的增加，对插入损耗的影响逐渐增大。相对而言, OSP、化锡、化银这三种表面处理层在高频信号下对插入损 耗的
7、影响相对较小，基本与裸铜相当。因此高速印制板用 涂/镀层测试方法-团体标准也是主要针对这三种表面处 理层的特性提出相应的测试方法和验证方法。主要测试项目 包括表面处理层厚度、粗糙度、特性阻抗、插入损耗等。05101520Frequency (GHz)图1不同表面处理层在高频信号下对插入损耗的影响3.1 厚度该试验项目主要是为测量表面处理层在厚度提供试验 方法。该方法使用切片的方式，结合SEM的放大观察测量功 能，来测量表面处理层的厚度。相比较于ASTM B568-2014 标准（X射线荧光测厚仪方式）的方法，对非金属物质的0SP 层也具有兼容性。业内对于OSP厚度测量未见有标准参考，常规的测量
8、方 式是在生产印制板过程，使用一定面积的裸铜片，随PCB表 面处理一起生产，使得裸铜片上也沉积上一层OSP膜。随后 将裸铜片上的OSP,使用盐酸溶液溶解后，根据其有机物在 紫外吸收光谱上的吸收强度，计算出平均OSP膜厚。该方法 适合在PCB加工工厂中品质粗略监控用。主要缺点是测量出 来的值是裸铜片上的整体平均厚度，并不能完全反映出PCB 焊盘上真实的厚度。其他金属类表面处理层，例如化学沉锡、化学沉银、化 学锲金、电镀银金、喷锡等，业内常用ASTMB568-2014标 准（X射线荧光测厚仪方式）标准进行测量。该方法主要优 点在于快捷、方便。但是其局限性也比较明显，如测量过程 是区域照射，结果为一
9、定面积的平均值，不利于分析小焊盘 上表面处理层的厚度。此外该方法受底部铜层粗糙度的影响 较大，且对于化银一类厚度仅O.lpim0.5国11厚度的表面处理 层，精度也是大大折扣。团队在综合本实验室平台多年测试经验和通讯行业头 部企业对表面处理层厚度测试方法后，确定了本标准对厚度 的测试方法。即选用切片+离子研磨+SEM观察的方式进行测 试，借助SEM的高精度测量功能，可以准确表征任何区域、 任意测试点的表面处理层厚度。同时，该方法只要是固体类表面处理层均适用，很好的兼容了 OSP这类非金属类表面处 理层的厚度测量。3.2 粗糙度在高频信号的趋肤效应影响下，表面越粗糙对信号传输 越容易起到延迟的效
10、应，因此对表面处理层的粗糙度需要进 行测量和监控，本标准中的该测试项目就是为表面处理层粗 糙度提供相应的测试方法和支撑。业内并未见有相关标准对表面处理层的粗糙度进行指 导测试。标准团队在充分吸收国内标准GB/T 29847-2013对 铜箔表面粗糙度测量方法的基础上，结合当前表面轮廓表征 的技术，提出使用激光轮廓仪的方式进行表面粗糙度的测量。国内标准GB/T 29847-2013在对铜箔表面粗糙度测试时, 要求使用的是接触式测量仪器，对粗糙度仪/轮廓仪要求见 下表lo表1接触式粗糙度仪/轮廓仪参数参数参考值切断值0.8mm测量长度4.0mm自动记录长度5mm钻石触针圆角半径0.001 mmO.
11、0025mm钻石触针压力9.8x10-4N从参数上不难看出，标准仍有一定的局限性，首先触针 的前端圆角半径决定了接触式粗糙度仪的测量精度大于 0.001mm再者，接触式的触针在多次测试后，触针会有所磨损，从而使得测量精度进一步劣化。如下图2所示， 触针磨损后所测的轮廓已失真。此外接触式的测量方式对于 小粗糙度表面的表征也存在失真的风险，如图3所示，当波 谷小于触针直径时，由于触针不能接触到波谷，仪器所记录 的结果会有所损失。M竹Q 口图2触针磨损后的测量结果实际形状图3小粗糙度表面测量结果随着轮廓表征技术的发展，特别是在光学系统收发技术 上的突破，促使表面粗糙度的表征上也有较大的飞跃。其测 试
12、分辨率在X/Y方向可达到Inm,重复精度（3。）在50倍 物镜测试时为40nm；在Z向可达到0. 5nm,重复精度（o ） 在50倍物镜测试时为12nm。显然激光轮廓仪的非接触式测 量方法更适用于小粗糙度表面的表面处理层。在表征粗糙度的参数上Rz （微观不平度10点高度）是 指在测量长度内，连续5个最大波峰至波谷之间距离的平均 值；Ra （轮廓算数平均偏差）是指在测量长度内，从中心线 至粗糙度轮廓所有绝对距离的算数平均值。对比两者的定义, 发现Rz体现的是表面上粗糙度的极值，Ra表征的是整体的 轮廓值。对于小粗糙度表面的表面处理层，Ra用于表征粗糙 度情况更加适用。3. 3特性阻抗该项测试主要
13、是用于验证表面处理层对特性阻抗性能 的影响。考虑到表面处理层制作过程会对表面铜层有微蚀而 改变铜厚和表面微观形貌，因此验证的方法选用先制作表面 处理层测试特性阻抗，再使用不伤及铜层的化学试剂去除表 面处理层，最后测试无表面处理层情况下的特性阻抗值，两 次阻抗值相减作为评估表面处理层对阻抗的影响值。此方法 使用同一阻抗线，控制了线宽、线距、线厚、基材Dk/Df差 异的变量，同时去除表面处理层采用不伤及阻抗线表面形貌 的方式，控制了线厚、和铜层粗糙度等的影响，保留了有无 表面处理层这单一变量。方法科学有效，可操作性更强。3.4插入损耗该项测试主要是用于验证表面处理层对插入损耗性能的影响。验证方法类
14、似于3. 3的特性阻抗。使用同一插损信 号线，控制了线宽、线距、线厚、基材Dk/Df差异的变量, 同时去除表面处理层采用不伤及插损信号线表面形貌的方 式，控制了线厚、和铜层粗糙度等的影响，保留了有无表面 处理层这单一变量。方法科学有效，可操作性更强。4知识产权情况说明中国材料与试验团体标准T/CSTM XXXXX-202X高速印 制板用涂/镀层测试方法-是在5G通信用关键材料测试 评价技术研究与设备开发项目实施过程中摸索和验证相关 方法，以及充分吸收GB/T 29847-2013标准的部分内容而制 定的，在制定过程中不涉及国内外专利及知识产权问题。5采用国际标准和国外先进标准情况本标准中所有项目的测试方法均未涉及国外先进标准。6与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性本标准的编制考虑到了相关标准的协调统一，遵守我国 标准制定的法律、法规、规章。7重大分歧意见的处理经过和依据标准在制定、讨论过程无重大分歧意见。8标准性质的建议无。9贯彻标准的要求和措施建议建议该标准尽快发布实施，以使该标准贴近市场，跟上行业的技术发展。10替代或废止现行相关标准的建议