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1、 ICS 31.180 CCS L 30 团 体 标 准 T/CSTM 009912023 高速印制板用涂/镀层测试方法 Test method of coating/plating for the high speed printed board 2023-04-07 发布 2023-07-07 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 T/CSTM 009912023 1 目 次 目 次.1 前 言.2 引 言.3 1 范围.4 2 规范性引用文件.4 3 术语和定义.4 4 一般要求.4 5 厚度.5 6 粗糙度.5 7 可焊性.6 8 特性阻抗.8 9 插入损耗.9 附录 A（规范性）显微剖
2、切制作方法.11 附录 B（资料性）起草单位和主要起草人.12 T/CSTM 009912023 2 前 言 本文件参照 GB/T 1.12020 标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则，GB/T 20001.42015标准编写规则 第 4 部分：试验方法标准的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料标准化领域委员会（CSTM/FC51）提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料标准化领域委员会（CSTM/FC51）归口。T/CSTM 009912023 3 引 言 随着通讯技术的快速
3、发展，电子产品信号朝着更高频率和更高速度发展，高速印制板上传输线趋肤效应更为明显，相关线路或导体表面的涂/镀层就会直接影响信号传输质量。本文件在规定表面涂/镀层可焊性这一基本性能的前提下，重点对与信号传输相关的测试项目进行了补充完善，测试方法更符合高速印制板的需求。对比国内外现有标准情况，本文件改进优化的地方：a）在厚度测量方面，传统的方法是使用 ASTM B568-2014 荧光测厚仪的测量方法，但该方法无法兼顾测量非金属类的 OSP 膜表面涂层，本文件改为使用显微剖切+离子束抛光+SEM 测量的方法，更好地兼容了非金属类的 OSP 膜表面涂层的测试需求；b）在粗糙度测量方面，传统的方法是使
4、用 GB/T 29847-2013 接触式轮廓仪的测量方法，其分辨率为毫米级，本文件改用基于激光轮廓仪的光学非接触式测量方式，在测量分辨率上从微米级别提升至纳米级别，更适用于表面涂/镀层这类低粗糙度的测量。c）在信号完整性验证方面，提出在同一测试传输线上分别测试有涂/镀层和去除涂/镀层情况下的特性阻抗或插入损耗，两次结果差值用于评估表面涂/镀层对特性阻抗或插入损耗等信号传输性能的影响。T/CSTM 009912023 4 高速印制板用涂/镀层测试方法 重要提示：使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有
5、关法规规定的条件。1 范围 本文件规定了高速印制板用涂/镀层的测试方法，包括厚度、粗糙度、可焊性、特性阻抗和插入损耗等测试方法。本文件适用于高速印制板用涂/镀层，主要包括：有机可焊性保护层（以下简称 OSP）、沉锡、沉银、化学镍金、化学镍钯金、电镀镍金等，其他行业印制板用表面涂/镀层可参考使用。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。T/CSTM 00908 高速印制板用阻焊油墨试验方法 3 术语和定义 T/CSTM 00908界定
6、的以及下列术语和定义适用本文件。3.1 高速印制板 high speed printed board 存在单根信号传输导线的传输速率在3.25 Gbps以上的印制板。来源：T/CSTM 009082022，3.1 3.2 涂/镀层 coating/plating 通过化学沉积或电镀方式在印制板铜导线、铜焊盘、孔表面上增加的一层保护层，典型的印制板涂/镀层为 OSP、沉锡、沉银、化学镍金、化学镍钯金、电镀镍金等。4 一般要求 4.1 环境条件 4.1.1 常规试验环境条件 除另有规定外，试验应在下列条件下进行：a)温度：15 35；T/CSTM 009912023 5 b）相对湿度：25%75%
7、；c）大气压力：86 kPa106 kPa。4.1.2 仲裁试验环境条件 如果测试参数依赖于温度、湿度与气压，则试验应在下列仲裁试验的标准大气条件下进行：a)温度：23 27；b）相对湿度：45%55%；c）大气压力：86 kPa106 kPa。4.2 试验报告 除另有规定外，试验报告应至少包括下列内容：a）试样的基本信息：试样名称、型号规格、制造商、试样数量、送样单位等；b）试验条件信息：环境条件、测试条件、依据文件等；c）试验设备基本信息：设备名称、型号、编号等；d）人员与日期信息：试验日期、检测人和批准人等；e）试验结果。5 厚度 5.1 目的 用于测试表面涂/镀层的厚度。5.2 设备和
8、材料 厚度测试所需设备和材料如下：a）扫描电子显微镜（SEM）；b）低温磁控离子溅射仪：用于在样品表面溅射上一层薄的导电层（碳层、金层或者铂层等）；c）附录A所需的设备和材料。5.3 程序 除非另有规定外，需要按照如下试验程序进行：a）将需要测试的指定位置从印制板上进行切取；b）按照附录A进行切片制作；c）采用低温磁控离子溅射仪在切片截面上喷溅导电层后，置于SEM测试仓内，一般至少3000倍的放大倍率下测量表面涂/镀层的厚度，视厚度情况可放大更高倍数测量，确保表面涂/镀层清晰可见并便于测量；d）指定位置上应至少测量左中右三个涂/镀层均匀连续位置的厚度，并以三个位置的平均值作为单个指定位置最终测
9、试结果。5.4 试验报告 除4.2的规定外，试验报告还应包括指定位置左中右三个位置的涂/镀层厚度值及其平均值。6 粗糙度 T/CSTM 009912023 6 6.1 目的 用于测试表面涂/镀层（除喷锡外）的粗糙度。6.2 设备和材料 粗糙度测试所需设备和材料如下：a）激光轮廓仪或者等效设备，激光轮廓仪参数需满足如下要求：1）X/Y方向图像显示分辨率至少为1 nm，重复精度（3）在50倍物镜测试时至少为40 nm；2）Z向显示分辨率至少为0.5 nm，重复精度（）在50倍物镜测试时至少为12 nm。b）压缩空气。6.3 程序 除非另有规定外，需要按照如下试验程序进行：a）用适当的粗糙度基准Ra
10、标样校准轮廓仪的Ra值。把在基准标样6个不同部位测量的测量值与标样的标准值（非标称值）进行比较，如果平均结果超过标准值的 2%，应重新校准轮廓仪；b）把试样置于载物台上，试样上应至少包含三个尺寸大于300 m300 m的焊盘。仲裁试验时，应用清洁的压缩空气吹扫被测试样表面，以去除松散的碎屑；c）调节载物台，使待测位置移至中央，逐级转换物镜镜头至50倍，并调节焦点，使图像清晰可见；d）转至测量模式，选择测量位置开始采集图像信息并保存图像信息；e）选取基准面，对测量平面进行调平；f）选取轮廓测量位置，输出测试结果Ra；g）分别按上述步骤c）步骤f）测量其他焊盘的粗糙度Ra值，以三个焊盘测量结果的平
11、均值作为最终样品的测量结果。6.4 试验报告 除4.2的规定外，试验报告还应包括三个焊盘的Ra值及其平均值。7 可焊性 7.1 目的 用于测试接收态下表面涂/镀层的可焊性。其中浸焊法适用于尺寸0.5 mm0.5 mm或等效面积在0.25 mm2以上的焊盘可焊性测试；浮焊法适用于孔径不小于0.3 mm的通孔可焊性测试。7.2 设备和材料 可焊性测试所需的设备和材料如下：a）助焊剂：将重量比为（250.5）%的松香和重量比为（0.390.01）%的二乙胺盐酸盐溶解于重量比（74.610.5）%的分析纯异丙醇中而制成；b）焊料：成分应当为Sn96.5Ag3.0Cu0.5（SAC305），焊料内杂质的
12、控制应符合表1要求；c）异丙醇：分析纯；d）焊料槽：可以保障焊料温度稳定维持在255 5 范围内；e）计时器：能精确至0.1 s；f）显微镜：至少可放大10倍。T/CSTM 009912023 7 表1 焊料槽杂质含量最大值 杂质元素 杂质含量（wt%）铜 1.000 金 0.200 镉 0.005 锌 0.005 铝 0.006 锑 0.500 铁 0.020 砷 0.030 铋 0.250 银 4.000 镍 0.010 铅 0.100 7.3 程序 7.3.1 浸焊法 除非另有规定外，需要按照如下试验程序进行：a）在印制板上裁剪出不大于50 mm 50 mm的试样，或是能够反映出印制板常
13、用特性的试样；b）将试样待焊接部分完全浸入助焊剂5 s10 s；c）从助焊剂中提出试样后，应当垂直放置不超过60 s，并使用干净的、无粘附性的吸收材料去除待测试表面多余的助焊剂；d）使用刮刀去除熔融焊料表面的浮渣和助焊剂残留物，并将涂敷助焊剂后的试样在5 min内以25 mm/s的速度浸入熔融焊料中，浸入角度推荐70 80，焊料温度应事先控制在（255 5）范围内，试样浸入深度至少为（25 2）mm，试样浸入熔融焊料后应停留（5 0.5）s，根据试样的结构，必要时可适当调整停留时间，此时停留时间的调整应由供需双方商定，但最多不得超过30 s，当试样表面焊盘有阻焊限定焊盘时，在熔融焊料中停留过程
14、可轻微左右滑动；e）试样在焊料中停留够时间后，以25 mm/s的速度提出，并使焊料在空气中冷却凝固，提出角度推荐70 80；f）冷却后的试样，使用异丙醇清洗干净表面残留的助焊剂；g）将试样置于显微镜下，以10倍的放大倍数检查各焊盘润湿的面积百分比、不润湿的面积百分比、以及退润湿面积百分比等。7.3.2 浮焊法 除非另有规定外，需要按照如下试验程序进行：a）在印制板上裁剪出不大于50 mm 50 mm的试样，试样需含不小于0.3 mm孔径大小的通孔，或是能够反映出印制板常用特性的试样；b）将试样待焊接部分完全浸入助焊剂5 s10 s；c）从助焊剂中提出试样后，应当垂直放置不超过60 s，并使用干
15、净的、无粘附性的吸收材料去除待测试表面及孔内多余的助焊剂，确保所有孔都没有被助焊剂堵塞；T/CSTM 009912023 8 d）使用刮刀去除熔融焊料表面的浮渣和助焊剂残留物，并将涂敷助焊剂后的试样应在5 min内轻轻地滑到熔融焊料上，并停留焊料表面（5 0.5）s，焊料温度应事先控制在（255 5）范围内，当试样包含较多的内层或含铜量较大时，可适当调整浮焊的停留时间，调整的时间应由供需双方协商确定，但最长不可超过30 s，浮焊过程试样应小心压入焊料中，压入厚度不得超过试样厚度的50%；e）达到浮焊停留时间后，将试样从焊料中滑出，在空气中保持试样水平不动，直到焊料冷却凝固；f）冷却后的试样，使
16、用异丙醇清洗干净表面残留的助焊剂；g）将试样置于显微镜下，以10倍的放大倍数检查通孔孔内爬锡是否已润湿到表面焊盘，必要时进行显微剖切测量爬锡高度。7.4 试验报告 除4.2的规定外，试验报告还应包括焊接温度、焊接时长、浸焊法各焊盘润湿/不润湿/退润湿情况、浮焊法各通孔爬锡情况等内容。8 特性阻抗 8.1 目的 用于测试OSP、沉锡、沉银表面涂/镀层对特性阻抗性能的影响。8.2 设备和材料 特性阻抗测试所需设备和材料如下 a）时域反射计（TDR）阻抗分析仪或者同等功能带TDR模块的网络分析仪；b）酒精：分析纯；c）盐酸：36wt.%，工业级；d）褪银药水：10 g分析纯NaOH固体和15 g分析
17、纯KMnO4分别加入1 L容量瓶中，加500 ml去离子水搅拌均匀，再加入25 ml 氨水（25%）溶液，继续搅拌均匀，最后加去离子水定容至1 L，并搅拌均匀；e）烘箱：能准确维持在105，示值误差不超过5。8.3 试样 表面分别设计有50 单端阻抗线和100 差分阻抗线的印制板，线宽/线距可根据具体应用需求进行设计。典型的测试图形示意图见图1。图1 阻抗线示意图 8.4 程序 除非另有规定外，需要按照如下试验程序进行：a）开启仪器预热30 min，使其达到稳定；b）系统校准与检查，步骤如下：1）连接测试电缆与网络分析仪，并使用制造供应商提供的力矩扳手旋紧；T/CSTM 009912023 9
18、 2）设置频率扫描范围；3）连接网络分析仪和校准件进行电缆校准。c）去除表面涂/镀层前阻抗测试，步骤如下：1）试样先在（105 5）烘箱中烘烤（2 0.25）h，以去除水汽；2）试样经烘烤并冷却至室温后，连接单端/差分测试探头，将探头置于空气中测量测试探头的TDR波形，建立测试区域起点；3）将探头连接到被测样品，测量被测样品的TDR波形，将终点光标放置于被测样品波形的末端作为测试区域的终点；4）数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（50%70%或供需双方协商确定），读取该范围内的平均值Z1。d）将阻抗线上的表面涂/镀层去除。OSP层和沉锡层使用盐酸和酒精溶液去除，盐酸和酒精的配比为5%：
19、95%（V/V），沉银层使用褪银药水去除。OSP层、沉锡层和沉银层也可使用其它去除的方法，但需保证阻抗线的铜层不被药水攻击而改变表面形貌；e）去除表面涂/镀层后阻抗测试：阻抗的测试同步骤c），阻抗平均值记录为Z2。f）表面涂/镀层对特性阻抗的影响计算：Z=|Z1-Z2|。8.5 试验报告 除4.2的规定外，试验报告还应包括去除表面涂/镀层前后的阻抗值及两者的差值。9 插入损耗 9.1 目的 用于测试OSP、沉锡、沉银表面涂/镀层对插入损耗性能的影响。9.2 设备和材料 插入损耗检测所需设备和材料如下：a）四端口网络分析仪，频率至少满足20 GHz；b）校准件；c）酒精，分析纯；d）盐酸，36w
20、t.%，工业级；e）褪银药水：10 g分析纯NaOH固体和15 g分析纯KMnO4分别加入1 L容量瓶中，加500 ml去离子水搅拌均匀，再加入25 ml 氨水（25%）溶液，继续搅拌均匀，最后加去离子水定容至1 L，并搅拌均匀；f）烘箱，能准确维持在105，示值误差不超过5。9.3 试样 表面设计有Delta-L法测试传输线，传输线两端设计有过孔、焊盘用于与SMA连接器连接，传输线的短线长度需102 mm（4inch），传输线的长线的长度需比短线的长度102 mm（4inch）。线宽/线距可根据具体应用需求进行设计。典型的测试线示意图见图2。T/CSTM 009912023 10 图2 De
21、lta-L插入损耗测试传输线示意图 9.4 程序 除非另有规定外，需要按照如下试验程序进行：a）试样先在（1055）烘箱中烘烤（20.25）h，以去除水汽；b）开启网络分析仪预热30 min，使其达到稳定；c）系统校准，步骤如下：1）连接测试电缆与网络分析仪，并使用设备制造商提供的力矩扳手旋紧；2）设置频率扫描范围；3）连接网络分析仪和校准件进行电缆校准。d）根据设计图形连接专用测试探头或者连接器；e）设置测试频率范围；f）在设备操作界面输入测试图形信息和测试条件，包括线长、测试频点（4 GHz、8 GHz、12.89 GHz等）信息；g）去除表面涂/镀层前插入损耗Loss1测试，步骤如下：1
22、）测试长线损耗；2）测试短线损耗。h）依据设备制造商提供的软件算法进行去嵌处理，输出相应频点（4 GHz、8 GHz、12.89 GHz等）插入损耗值Loss1；i）将插损线上的表面涂/镀层去除。OSP层和沉锡层使用盐酸和酒精溶液去除，盐酸和酒精的配比为5%：95%（V/V），沉银层使用褪银药水去除。OSP层、沉锡层和沉银层也可使用其它去除的方法，但需保证插损线的铜层不被药水攻击而改变表面形貌；j）去除表面涂/镀层后插入损耗Loss2测试，步骤如下：k）去除表面涂/镀层后，试样先在（1055）烘箱中烘烤（20.25）h，以去除水汽，冷却至室温后按上述步骤b）步骤h)测试插入损耗；l）表面涂/镀
23、层对插入损耗的影响计算：Loss=|Loss1-Loss2|（采用相同频点值进行计算）。9.5 试验报告 除4.2的规定外，试验报告还应包括去除表面涂/镀层前后的插入损耗值及两者的差值、测试频点。T/CSTM 009912023 11 附录 A（规范性）显微剖切制作方法 A.1 目的 用于对表面涂/镀层进行显微剖切，为后续厚度测量提供制样方法。A.2 设备和材料 显微剖切所需设备和材料如下：a）灌封材料，固化温度尽可能低，但不宜高于100；b）80目砂纸至4000目砂纸；c）抛光布，硬的、低或无绒毛布用于粗略和中间的抛光，软的、编织或中等绒毛布用于最终的抛光；d）氧化铝或胶体二氧化硅抛光悬浮液
24、（粉），粒径：1 m0.05 m，细颗粒抛光液（粉）用于最终的抛光；e）研磨机，转速01200 r/min可调；f）超声波清洗器；g）取样设备，可以是金刚石切割机、锣机等应力较小的切割设备；h）离子研磨仪；i）低温磁控离子溅射仪：靶材需为金或者铂，不可使用碳靶。A.3 样品 样品应为已完成表面涂/镀层的印制板成品。A.4 程序 除非另有规定外，需要按照如下试验程序进行：a）使用取样设备从印制板上截取需要剖切的试样，并在试样上标注清楚需要研磨的截面位置；b）对于OSP表面涂层样品，截取下来的试样应使用低温磁控离子溅射仪在需要测试的焊盘表面喷溅一层金/铂层（厚度至少10 nm以上），用以区分OSP
25、层和后续的固封环氧层。其他表面涂/镀层样品不需要喷溅金/铂层；c）使用灌封材料将试样固封在内部，经过一定的时间固化（具体时间按灌封材料供应商提供的最佳条件进行），使灌封材料充分固化变硬；d）将固封后的试样在研磨机上由粗砂纸到细砂纸逐步研磨至要观察的截面位置；e）细磨后的切片在抛光布上进行抛光，去除表面的研磨划痕；f）在超声清洗器中对抛光后的金相切片进行超声清洗，为在显微镜下观察提供洁净的观察截面；g）将切片截面置于离子研磨仓内，待真空度达到后，开启离子源（氩气）对截面进行离子抛光。离子抛光参数应根据设备特点进行设定，确保所观察截面表面涂/镀层不存在机械研磨导致的延展。T/CSTM 009912023 12 附录 B（资料性）起草单位和主要起草人 本文件起草单位：工业和信息化部电子第五研究所、中兴通讯股份有限公司、广州广合科技股份有限公司、博敏电子股份有限公司、深南电路股份有限公司、深圳市松柏实业发展有限公司。本文件主要起草人：贺光辉，沈江华，何骁，周波，肖美珍，陈镇海，吕海强，柯自攀，王锋，聂富刚，彭镜辉，向参军，王玉，陈世金，戴炯，孙朝宁，罗道军。_