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第五節 UL標準與安全認證
 
 
一、概述
  從事覆銅板行業的人都知道,覆銅板的安全認證是非常重要的,是覆銅板產品進入市場的首要條件。世界上很多國家都有進行產品安全認證的機構,但是,歷史最悠久、最具權威的安全認證機構非UL莫屬。因此,國內的大多數覆銅板生產廠家將產品獲得UL認證作為首選。本節將主要介紹UL機構、覆銅板UL認證的標準和程序,以使大家對UL、UL標準和UL認證有進一步的了解。
二、UL機構
  UL是“Underwriters Laboratories Inc.”的簡稱。UL成立于1894年,已有一百多年的歷史,產品的安全測試和認證一直是UL的主要業務,在國內申請UL認證可以通過如下機構遞交申請:
  中國廣州 (GuangZhou)
  Electronic Building, Parage Electronic Industrial Park
  No. 8 Nanyun Er Road
  Guangzhou Science Park
  Guangzhou 510663, China
  Telephone: +86.20.3213.1000 | Fax: +86.20.8348.6777
  E-mail: customerservice.cn@cn.ul.com
  中國蘇州 (Suzhou)
  Block 3, New Hi-Tech Industry Park
  98 Hengshan Road
  Suzhou, Jiangsu 215009
  China
  Telephone: +86.512.6808.6400 | Fax: +86.512.6808.4099
  E-mail: customerservice.cn@cn.ul.com

三、UL專用名詞
  UL在其報告、往來文件中經常會使用一些UL專用名詞,UL在其網站(www.ul.com)中對這些專用名詞做了解釋。下面摘錄介紹一些UL常用的專用名詞,供大家參考。
  1.活躍項目 active project
  當項目進行到UL工程師已經收到完成該項目所需的全部資料、試樣、部件、圖紙等,并且已經預定了項目的完成時間,這時的項目被稱為活躍項目。
  2.不活躍項目 inactive project
  由于UL項目工程師需要申請人提交資料或試樣才能完成該項目,這時候該項目被定為不活躍項目,當項目處于不活躍狀態時,該項目所需的測試或其他評估將停止進行,申請人收到需要提供資料或試樣才能使項目回復活躍狀態的通知。
  3.申請人 applicant
  申請UL認證的公司或個人,具有向UL交納認證和跟蹤服務費用的義務,并因此具有獲得測試結果的權力。
  4.申請 application
  書面請求產品UL認證,可以通過申請表(Application Form)或其他得到授權人簽署的書面文件進行。
  5.申請表 application form
  由UL準備的一種表格,該表格陳述了契約的條款和條件,據此,UL將可以接受申請人提交的申請。
  6.制造商 manufacturer
  是指制造或裝配UL列名、認證或分級產品的制造商,同時也是執行跟蹤檢查服務的地方。
  7.列名服務 listing service
  UL的列名服務,是UL安全認證中最廣為人知的服務。產品上的UL列名標志,代表UL根據美國認證的安全標準對樣本進行了測試,在合理及可預見的情況下,樣本不會引起火災、漏電及有關危險。
  8.認證服務 recognition service
  UL的認證服務,是測試零部件或非成品,這些元件將用在UL列名產品中。UL的認證服務涉及數以百計的塑料、電線及線路板、覆銅板等。
  9.分級服務 classification service
  UL的分級服務,是對產品根據不同性質、指定的危險范圍或特定的情況進行測試。一般來說,分級服務多數是對建筑材料或工業儀器。
  10.檔案號 file number
  由UL指定的由字母和數字組成的代號,用于區分申請人在特定產品種類下的檔案,所有UL報告都在其每頁的上部列出了檔案號。應在涉及該種類產品的所有UL往來書信中提及檔案號。
  11.項目號 project number
  UL對某一特定項目指定的代號,如00ME 12345。在該項目進行期間,所有與該項目有關的往來書信應提到該項目號及檔案號。
  12.美國國家標準 American National Standards
  由美國國家標準協會(ANSI)發布的標準,ANSI標準被指定為美國國家標準。
四、UL標準
  UL制定和發布了很多標準,其中與覆銅板UL認證直接有關的標準有三個,有兩個標準分別是:UL 94——儀器和設備部件用塑料材料的燃燒性測試;UL 746E——聚合材料—工業層壓板、纖維纏繞管、硫化纖維及印制板用材料。另一個標準是UL 746F ——印制板用撓性介電膜狀材料及撓性連接結構材料。
  (一)UL 94
  層壓板的燃燒性試驗,在UL94中規定了垂直燃燒試驗方法和水平燃燒試驗方法,由于篇幅所限,本文主要介紹垂直燃燒試驗方法,垂直燃燒試驗方法見UL94。
  1.燃燒性等級的劃分
  垂直燃燒試驗將材料的燃燒性等級分為三級—94V-0、94V-1和94V-2,燃燒性等級的劃分見表2-5-1。
            表2-5-1 燃燒性等級劃分

性 能

要 求

V-0 級

V-1 級

V-2 級

單個試樣每次點火后的有焰燃燒時間

≤ 10 s

≤ 30 s

≤ 30 s

每組 5 個試樣 10 次點火后的總有焰燃燒時間

≤ 50 s

≤ 250 s

≤ 250 s

第 2 次試驗火焰移開后的有焰燃燒時間加無焰燃燒時間

≤ 30 s

≤ 60 s

≤ 60 s

有焰燃燒或無焰燃燒至夾具

燃燒滴落物引燃薄棉紙

   2.試樣
 。1)試樣尺寸為長125?5mm、寬13.0?0.5mm, 厚度為被測板的最小和最大厚度。試樣剪切后的邊緣應磨光, 各角的倒角半徑不超過1.3mm。
 。2)試樣應縱向切取,每組需5塊試樣。保留一組(5塊)試樣,以備必要的重復試驗。
 。3)將覆銅箔試樣的銅箔完全蝕刻掉,未覆箔試樣可采用其接收態進行試驗
  3.主要試驗裝置
 。1)試驗箱
  試驗箱應全封閉,帶有觀察試驗用的耐熱玻璃窗。 試驗過程應關閉排風扇, 但試驗之間可以周期性地打開以抽出試驗產生的煙氣。
 。2)試樣夾具
  試驗箱內裝有可將試樣調節到垂直位置的夾緊裝置,以使試樣長度方向大約在試驗箱的中軸線方向垂直懸掛。
 。3)試驗室燃燒器
  用燈管長101.6mm 和內徑9.4mm的本生燈。該本生燈不裝終端裝置。
  4.試樣處理
 。1)兩組試樣應置于23?2℃、相對濕度50%?5%的標準試驗室大氣條件下至少處理48h。
 。2)兩組試樣應在溫度125?1℃下處理24?2h, 然后放在干燥器中冷卻至少4h。
  5.試驗程序
 。1)試驗火焰的調節
  點燃本生燈,并調節至產生20±1mm高的藍色火焰(如圖2-5-1),為獲得規定的火焰,應調節燃氣供應量和燈的空氣進入量,直至產生高度20mm的黃頂藍色火焰, 然后稍微增大通風量,直至黃頂剛好消失,火焰內外層均現藍色。重新測量火焰高度。必要時重復上述過程,直至達到所有規定要求。在調節和試驗時,燈管應保持垂直。
 。2)試樣安裝
  試樣的安裝見圖2-5-1,每一試樣均按縱向垂直安裝在試樣夾具上,夾著部分不超過試樣上半部的6mm,調節試驗夾具/試樣處于垂直狀態,使試樣下端距燈管頂端約10mm。
     
          圖2-5-1 垂直燃燒試驗裝置示意圖
 。3)試驗火焰置于試樣下端中心位置10?0.5s, 撤開本生燈,同時啟動計時器,測量試樣燃燒的持續時間。
 。4)如在試樣被完全燒盡前火焰熄滅, 則立即將試驗火焰再次移至試樣下再補加10?0.5s,然后再撤走本生燈,同時啟動計時器,測量試樣有焰燃燒時間和無焰燃燒時間。
 。ǘ︰L746E
  UL746E規定了覆銅板產品的基本要求和試驗程序。
  1.UL/ANSI型號認證
  層壓板(未覆箔)如果符合UL746E對層壓板的性能、相對溫度指數及結構的規定,則可獲得UL/ANSI型號認證。一般情況下,層壓板申請UL/ANSI型號認證時,UL不是對層壓板進行全套項目的測試,而是對層壓板先進行縮短(abbreviated )測試,根據縮短測試結果與已知UL/ANSI型號的材料進行對比的情況,決定是否可給予該材料相應的UL/ANSI型號。
  縮短測試的試驗項目包括:IR(紅外光譜)分析、彎曲強度、灰份(適用時)及燃燒性。
  紅外光譜圖必須與UL746E中標準FR-4典型光譜圖一致,彎曲強度、灰份和燃燒性必須符合表2-5-2的要求。
           表2-5-2 常用層壓板縮短測試要求

ANSI 型號

彎曲強度, PSI ,最小

灰份, %

UL94 燃燒等級

標稱厚度

0.8mm

1.6mm

FR-1

-

10,000

-

94V-0

FR-2

12,000

12,000

-

94V-0

FR-3

20,000

20,000

-

94V-0

FR-4

60,000

60,000

55.0-67.7

94V-0

FR-5

60,000

60,000

60.5-70.0

94V-0

CEM-1

50,000

35,000

32.6-39.9(0.8mm)
16.4-23.3(1.6mm)

94V-0

CEM-3

50,000

40,000

42.7-68.3(0.8mm)
29.7-44.9(1.6mm)

94V-0

  如果縮短測試出現一項或多項結果不符合要求,則根據不合格的情況,可以選擇重新提交試樣測試,或選擇進行全套項目的測試,以及2或4點溫度的熱老化試驗。全套項目的測試計劃見UL 746E。
2.覆金屬板(MCIL)認證程序
  對覆金屬板MCIL認證程序,目的是為了減少用戶所需的測試。覆金屬板認證程序的主要依據是:試樣經過熱沖擊及10天或56天的熱老化試驗后,要求其粘合強度不小于0.525N/mm或0.35N/mm;并且沒有出現分層和起泡。熱老化和熱沖擊試驗簡介如下:
 。1)試樣結構和數量
  覆銅箔層壓板熱沖擊和熱老化試驗試樣的圖形如圖2-5-2所示,試樣數為4塊。試樣外層銅箔應包括所需認證的最小和最重的銅箔,如果所需認證的銅箔重量小于3oz(915g/m2),則所提交試樣的最小重量銅箔可以代表該最小重量銅箔至3oz重量銅箔之間的所有銅箔,無需提交最重銅箔的試樣。最重銅箔超過3oz時,才需提交最重銅箔的試樣。最小重量的銅箔小于1oz時,應將銅箔電鍍至1oz。
雙面板試樣的兩面都應有試驗圖形,且雙面的圖形應相互對稱,雙面板的認證可以覆蓋單面板的認證。
  多層板試樣的結構應如下:
  a.應包含最薄的層壓板及最薄的粘結片,最薄的粘結片與可能不是最重的銅箔接觸,內層最重的銅箔應與所需厚度的粘結片接觸,以獲得良好的層間對位,沒有內分層和起泡。
  b.內層導體應包含最重的銅箔以及最大的不刺穿圓,最大的不刺穿圓直徑通常為2英寸(50.8mm),外層導體應包含最小重量的銅箔和最大的不刺穿圓。如果所需銅箔重量超過3oz,則需提交多一組試樣,該組試樣的外層銅箔為最重的銅箔。
  c.每一種不同的基材應與每一種不同的粘結片接觸,每一種不同的基材均應為表面層,總疊層厚度不應超過最小的生產厚度,包括最少數量(至少2個)的接地層。
     
          圖2-5-2 分層實驗試樣圖形(UL 746E )
  注:A-寬度為0.81±0.13mm的金屬線。
    B-寬度為1.6±0.13mm的金屬線。
  最大面積-可以為正方形,也可以為圓。如果希望認證雙面板,則試樣雙面的圖形應相互對稱。典型的多層板熱老化試樣剖面,如圖2-5-3所示。
   
         圖2-5-3 典型的多層板熱老化試樣剖面
 。2)熱沖擊試驗
  制造商可以根據需要規定熱沖擊的時間和溫度。熱沖擊試驗后,應檢查不刺穿圓和整個試樣是否出現分層、起泡,然后進行粘合強度測試,測定4塊試樣中一塊試樣上兩種不同寬度導線的粘合強度。如果測試合格,則另3塊試樣可以進行10天或56天的熱老化試驗。
 。3)分層試驗
  熱老化試驗分10天熱老化試驗和56天熱老化試驗兩種,如果覺得10天的熱老化試驗對試樣太苛刻,可以要求進行56天的熱老化試驗,試樣只要能夠通過其中的一種熱老化試驗,就可獲得UL認證,且認證的參數是一樣的。熱老化試驗烘箱溫度的設定依據是受測材料的操作溫度等級及下面的公式:
  10天熱老化試驗的烘箱溫度為:1.076(t1+288)-273 (t1為操作溫度等級);
56天熱老化試驗的烘箱溫度為:1.02(t1+288)-273 (t1為操作溫度等級)。
  舉例:如果最高操作溫度為130℃,則按照上述公式,10天熱老化試驗的烘箱溫度為177℃;56天熱老化試驗的烘箱溫度為153℃。
五、UL產品認證
  UL的檔案非常重要,但卻不經常使用,使用最多的是一種叫列名卡(Listing card)的東西,但要是你提起列名卡,恐怕也是少有人知道,因為大家都把這種列名卡稱呼為黃卡(Yellow card),這是因為在過去網絡不發達的時候,廠家向UL訂購書面印刷的列名卡,印制的紙為黃色,所以通常稱其為黃卡,F在在UL的網站www.UL.com上可以從它的數據庫(database)里直接查到黃卡資料,從UL網站的數據庫里,不僅可以查到你自己公司的黃卡資料,也可以查到全世界所有獲得UL認證的公司的UL黃卡資料,非常方便快捷。黃卡上出現了許多的縮寫和符號,這些縮寫和符號的含義如下:
 。1)E123456——UL的檔案號,E為UL六個產品技術鑒定部門中電氣部的代號
 。2)QMTS2——UL產品分類號。
 。3)Mtl Dsg——產品(材料)代號,如S1130為生益科技FR-4產品的一個代號
 。4)Col—— 顏色,如自然色(NC)。
 。5)ANSI Type—— 美國國家標準協會型號:如FR-4、CEM-3、CEM-1。
 。6)Min Thk—— 最小厚度。
 。7)Clad cond Thk—— 覆箔導線厚度。
 。8)TI—— 溫度指標。
 。9)Elec—— 電氣的。
 。10)Mech—— 機械的。
 。11)HWI—— 熱線著火試驗。
 。12)UL94 Flame Class——指按UL94標準劃分的燃燒等級。
 。13)HAI—— 大電流電弧著火試驗。
 。14)HVTR—— 高電壓電弧漏電痕跡速度試驗。
 。15)D-495—— ASTM的耐電弧試驗方法號。
 。16)CTI—— 比較漏電痕跡指數。
 。17)Max Area Diam—— 最大不刺穿圓直徑。
 。18)Sold Lts—— 耐浸焊性。
 。19)Max Oper Temp—— 最高操作溫度。
 。20)DSR—— 直接支持要求。
  如下對一些名詞或縮寫進行更詳細的解釋,以便大家更好的理解:
  電性能——此項性能是評估材料關于抗電痕、抗電源著火能力和其他電性能。除非指定,一般在60赫茲的條件下測試。
  性能分類等級(PLC)——為了避免測試結果的過分精確或偏差,多項的材料性能測試結果是以PLC來記錄的,PLC是根據平均測試結果制訂的,比單純的結果數據更合理,如表2-5-3至表2-5-7所示。
  熱線著火試驗(HWI)——此性能以引起標準樣本著火或者燒穿樣本但不著火所需的平均秒數來表示。樣本用電阻絲纏繞以分擔指定的加載的電能。
           表2-5-3 HWI測試結果表示

HWI 范圍,平均著火時間(秒)

PLC 值

>120

0

60---120

1

30---60

2

15---30

3

7---15

4

<7

5

  大電流電弧著火試驗(HAI)——當電。ㄓ脴藴实碾姌O類型、形狀和電路產生的)以特定的速率加載到材料的表面上或者特定的距離上必然會引起材料著火。此項測試就是以電弧在材料上斷裂暴光的數量來表示的。
           表2-5-4 HAI測試結果表示

HAI 范圍,引起電弧的平均數量

PLC 值

>120

0

60---120

1

30---60

2

15---30

3

<15

4

  比較漏電起痕指數(CTI)——以滴50滴濃度為0.1%的氯化銨到材料上后所引起漏電痕跡的電壓表示此性能。用1/8英寸(3mm)厚度的材料進行測試的結果可代表任意厚度的測試結果。
           表2-5-5 CTI測試結果表示

CTI 范圍,起痕指數(伏特)

PLC 值

>600

0

400---600

1

250---400

2

175---250

3

100---175

4

<100

5

   高電壓電弧漏電痕跡速度試驗(HVTR)——以速度表示,單位mm/min。在標準的測試條件下在材料的表面可產生痕跡。測試期間,如果發生材料著火要記錄下來。用1/8英寸(3mm)厚度的材料進行測試的結果可代表任意厚度的測試結果!          ”2-5-6 HVTR 測試結果表示

HVTR 范圍,( mm/min )

PLC 值

0---10

0

10---25.4

1

25.4---80

2

80---150

3

150---254

4

254---381

5

>381

 

           表2-5-7 D-495測試結果表示

D-495 范圍,耐電弧平均時間(秒)

PLC 值

>420

0

360---420

1

300---360

2

240---300

3

180---240

4

120---180

5

60---120

6

<60

7

  DSR:在UL796中,提出了層壓板的DSR(Direct Support Requirement)要求,所謂DSR,就是標準中規定,如果印制板所用的層壓板符合表2-5-8的要求,就可以在印制板上作出具有對載電部件支持的標識。

            表2-5-8 符合DSR要求的層壓板

項 目

單位或 PLC

指 標

備 注

高電流電弧著火

PLC

3

 

熱線著火,最大

PLC

4

 

體積電阻率 --- 干,最小

ohm-cm

50X10 6

 

體積電阻率 --- 濕,最小

ohm-cm

10X10 6

 

電氣強度 --- 干,最小

kV/mm

6.89

 

電氣強度 --- 濕,最小

Kv/mm

6.89

 

CTI

PLC

4

 


 
 
 
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