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第五节 UL标准与安全认证
 
 
一、概述
  从事覆铜板行业的人都知道,覆铜板的安全认证是非常重要的,是覆铜板产品进入市场的首要条件。世界上很多国家都有进行产品安全认证的机构,但是,历史最悠久、最具权威的安全认证机构非UL莫属。因此,国内的大多数覆铜板生产厂家将产品获得UL认证作为首选。本节将主要介绍UL机构、覆铜板UL认证的标准和程序,以使大家对UL、UL标准和UL认证有进一步的了解。
二、UL机构
  UL是“Underwriters Laboratories Inc.”的简称。UL成立于1894年,已有一百多年的历史,产品的安全测试和认证一直是UL的主要业务,在国内申请UL认证可以通过如下机构递交申请:
  中国广州 (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
  中国苏州 (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专用名词
  UL在其报告、往来文件中经;崾褂靡恍︰L专用名词,UL在其网站(www.ul.com)中对这些专用名词做了解释。下面摘录介绍一些UL常用的专用名词,供大家参考。
  1.活跃项目 active project
  当项目进行到UL工程师已经收到完成该项目所需的全部资料、试样、部件、图纸等,并且已经预定了项目的完成时间,这时的项目被称为活跃项目。
  2.不活跃项目 inactive project
  由于UL项目工程师需要申请人提交资料或试样才能完成该项目,这时候该项目被定为不活跃项目,当项目处于不活跃状态时,该项目所需的测试或其他评估将停止进行,申请人收到需要提供资料或试样才能使项目回复活跃状态的通知。
  3.申请人 applicant
  申请UL认证的公司或个人,具有向UL交纳认证和跟踪服务费用的义务,并因此具有获得测试结果的权力。
  4.申请 application
  书面请求产品UL认证,可以通过申请表(Application Form)或其他得到授权人签署的书面文件进行。
  5.申请表 application form
  由UL准备的一种表格,该表格陈述了契约的条款和条件,据此,UL将可以接受申请人提交的申请。
  6.制造商 manufacturer
  是指制造或装配UL列名、认证或分级产品的制造商,同时也是执行跟踪检查服务的地方。
  7.列名服务 listing service
  UL的列名服务,是UL安全认证中最广为人知的服务。产品上的UL列名标志,代表UL根据美国认证的安全标准对样本进行了测试,在合理及可预见的情况下,样本不会引起火灾、漏电及有关危险。
  8.认证服务 recognition service
  UL的认证服务,是测试零部件或非成品,这些元件将用在UL列名产品中。UL的认证服务涉及数以百计的塑料、电线及线路板、覆铜板等。
  9.分级服务 classification service
  UL的分级服务,是对产品根据不同性质、指定的危险范围或特定的情况进行测试。一般来说,分级服务多数是对建筑材料或工业仪器。
  10.档案号 file number
  由UL指定的由字母和数字组成的代号,用于区分申请人在特定产品种类下的档案,所有UL报告都在其每页的上部列出了档案号。应在涉及该种类产品的所有UL往来书信中提及档案号。
  11.项目号 project number
  UL对某一特定项目指定的代号,如00ME 12345。在该项目进行期间,所有与该项目有关的往来书信应提到该项目号及档案号。
  12.美国国家标准 American National Standards
  由美国国家标准协会(ANSI)发布的标准,ANSI标准被指定为美国国家标准。
四、UL标准
  UL制定和发布了很多标准,其中与覆铜板UL认证直接有关的标准有三个,有两个标准分别是:UL 94——仪器和设备部件用塑料材料的燃烧性测试;UL 746E——聚合材料—工业层压板、纤维缠绕管、硫化纤维及印制板用材料。另一个标准是UL 746F ——印制板用挠性介电膜状材料及挠性连接结构材料。
  (一)UL 94
  层压板的燃烧性试验,在UL94中规定了垂直燃烧试验方法和水平燃烧试验方法,由于篇幅所限,本文主要介绍垂直燃烧试验方法,垂直燃烧试验方法见UL94。
  1.燃烧性等级的划分
  垂直燃烧试验将材料的燃烧性等级分为三级—94V-0、94V-1和94V-2,燃烧性等级的划分见表2-5-1。
            表2-5-1 燃烧性等级划分

性 能

要 求

V-0 级

V-1 级

V-2 级

单个试样每次点火后的有焰燃烧时间

≤ 10 s

≤ 30 s

≤ 30 s

每组 5 个试样 10 次点火后的总有焰燃烧时间

≤ 50 s

≤ 250 s

≤ 250 s

第 2 次试验火焰移开后的有焰燃烧时间加无焰燃烧时间

≤ 30 s

≤ 60 s

≤ 60 s

有焰燃烧或无焰燃烧至夹具

燃烧滴落物引燃薄棉纸

   2.试样
 。1)试样尺寸为长125?5mm、宽13.0?0.5mm, 厚度为被测板的最小和最大厚度。试样剪切后的边缘应磨光, 各角的倒角半径不超过1.3mm。
 。2)试样应纵向切取,每组需5块试样。保留一组(5块)试样,以备必要的重复试验。
 。3)将覆铜箔试样的铜箔完全蚀刻掉,未覆箔试样可采用其接收态进行试验
  3.主要试验装置
 。1)试验箱
  试验箱应全封闭,带有观察试验用的耐热玻璃窗。 试验过程应关闭排风扇, 但试验之间可以周期性地打开以抽出试验产生的烟气。
 。2)试样夹具
  试验箱内装有可将试样调节到垂直位置的夹紧装置,以使试样长度方向大约在试验箱的中轴线方向垂直悬挂。
 。3)试验室燃烧器
  用灯管长101.6mm 和内径9.4mm的本生灯。该本生灯不装终端装置。
  4.试样处理
 。1)两组试样应置于23?2℃、相对湿度50%?5%的标准试验室大气条件下至少处理48h。
 。2)两组试样应在温度125?1℃下处理24?2h, 然后放在干燥器中冷却至少4h。
  5.试验程序
 。1)试验火焰的调节
  点燃本生灯,并调节至产生20±1mm高的蓝色火焰(如图2-5-1),为获得规定的火焰,应调节燃气供应量和灯的空气进入量,直至产生高度20mm的黄顶蓝色火焰, 然后稍微增大通风量,直至黄顶刚好消失,火焰内外层均现蓝色。重新测量火焰高度。必要时重复上述过程,直至达到所有规定要求。在调节和试验时,灯管应保持垂直。
 。2)试样安装
  试样的安装见图2-5-1,每一试样均按纵向垂直安装在试样夹具上,夹着部分不超过试样上半部的6mm,调节试验夹具/试样处于垂直状态,使试样下端距灯管顶端约10mm。
     
          图2-5-1 垂直燃烧试验装置示意图
 。3)试验火焰置于试样下端中心位置10?0.5s, 撤开本生灯,同时启动计时器,测量试样燃烧的持续时间。
 。4)如在试样被完全烧尽前火焰熄灭, 则立即将试验火焰再次移至试样下再补加10?0.5s,然后再撤走本生灯,同时启动计时器,测量试样有焰燃烧时间和无焰燃烧时间。
 。ǘ︰L746E
  UL746E规定了覆铜板产品的基本要求和试验程序。
  1.UL/ANSI型号认证
  层压板(未覆箔)如果符合UL746E对层压板的性能、相对温度指数及结构的规定,则可获得UL/ANSI型号认证。一般情况下,层压板申请UL/ANSI型号认证时,UL不是对层压板进行全套项目的测试,而是对层压板先进行缩短(abbreviated )测试,根据缩短测试结果与已知UL/ANSI型号的材料进行对比的情况,决定是否可给予该材料相应的UL/ANSI型号。
  缩短测试的试验项目包括:IR(红外光谱)分析、弯曲强度、灰份(适用时)及燃烧性。
  红外光谱图必须与UL746E中标准FR-4典型光谱图一致,弯曲强度、灰份和燃烧性必须符合表2-5-2的要求。
           表2-5-2 常用层压板缩短测试要求

ANSI 型号

弯曲强度, PSI ,最小

灰份, %

UL94 燃烧等级

标称厚度

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

  如果缩短测试出现一项或多项结果不符合要求,则根据不合格的情况,可以选择重新提交试样测试,或选择进行全套项目的测试,以及2或4点温度的热老化试验。全套项目的测试计划见UL 746E。
2.覆金属板(MCIL)认证程序
  对覆金属板MCIL认证程序,目的是为了减少用户所需的测试。覆金属板认证程序的主要依据是:试样经过热冲击及10天或56天的热老化试验后,要求其粘合强度不小于0.525N/mm或0.35N/mm;并且没有出现分层和起泡。热老化和热冲击试验简介如下:
 。1)试样结构和数量
  覆铜箔层压板热冲击和热老化试验试样的图形如图2-5-2所示,试样数为4块。试样外层铜箔应包括所需认证的最小和最重的铜箔,如果所需认证的铜箔重量小于3oz(915g/m2),则所提交试样的最小重量铜箔可以代表该最小重量铜箔至3oz重量铜箔之间的所有铜箔,无需提交最重铜箔的试样。最重铜箔超过3oz时,才需提交最重铜箔的试样。最小重量的铜箔小于1oz时,应将铜箔电镀至1oz。
双面板试样的两面都应有试验图形,且双面的图形应相互对称,双面板的认证可以覆盖单面板的认证。
  多层板试样的结构应如下:
  a.应包含最薄的层压板及最薄的粘结片,最薄的粘结片与可能不是最重的铜箔接触,内层最重的铜箔应与所需厚度的粘结片接触,以获得良好的层间对位,没有内分层和起泡。
  b.内层导体应包含最重的铜箔以及最大的不刺穿圆,最大的不刺穿圆直径通常为2英寸(50.8mm),外层导体应包含最小重量的铜箔和最大的不刺穿圆。如果所需铜箔重量超过3oz,则需提交多一组试样,该组试样的外层铜箔为最重的铜箔。
  c.每一种不同的基材应与每一种不同的粘结片接触,每一种不同的基材均应为表面层,总叠层厚度不应超过最小的生产厚度,包括最少数量(至少2个)的接地层。
     
          图2-5-2 分层实验试样图形(UL 746E )
  注:A-宽度为0.81±0.13mm的金属线。
    B-宽度为1.6±0.13mm的金属线。
  最大面积-可以为正方形,也可以为圆。如果希望认证双面板,则试样双面的图形应相互对称。典型的多层板热老化试样剖面,如图2-5-3所示。
   
         图2-5-3 典型的多层板热老化试样剖面
 。2)热冲击试验
  制造商可以根据需要规定热冲击的时间和温度。热冲击试验后,应检查不刺穿圆和整个试样是否出现分层、起泡,然后进行粘合强度测试,测定4块试样中一块试样上两种不同宽度导线的粘合强度。如果测试合格,则另3块试样可以进行10天或56天的热老化试验。
 。3)分层试验
  热老化试验分10天热老化试验和56天热老化试验两种,如果觉得10天的热老化试验对试样太苛刻,可以要求进行56天的热老化试验,试样只要能够通过其中的一种热老化试验,就可获得UL认证,且认证的参数是一样的。热老化试验烘箱温度的设定依据是受测材料的操作温度等级及下面的公式:
  10天热老化试验的烘箱温度为:1.076(t1+288)-273 (t1为操作温度等级);
56天热老化试验的烘箱温度为:1.02(t1+288)-273 (t1为操作温度等级)。
  举例:如果最高操作温度为130℃,则按照上述公式,10天热老化试验的烘箱温度为177℃;56天热老化试验的烘箱温度为153℃。
五、UL产品认证
  UL的档案非常重要,但却不经常使用,使用最多的是一种叫列名卡(Listing card)的东西,但要是你提起列名卡,恐怕也是少有人知道,因为大家都把这种列名卡称呼为黄卡(Yellow card),这是因为在过去网络不发达的时候,厂家向UL订购书面印刷的列名卡,印制的纸为黄色,所以通常称其为黄卡。现在在UL的网站www.UL.com上可以从它的数据库(database)里直接查到黄卡资料,从UL网站的数据库里,不仅可以查到你自己公司的黄卡资料,也可以查到全世界所有获得UL认证的公司的UL黄卡资料,非常方便快捷;瓶ㄉ铣鱿至诵矶嗟乃跣春头,这些缩写和符号的含义如下:
 。1)E123456——UL的档案号,E为UL六个产品技术鉴定部门中电气部的代号
 。2)QMTS2——UL产品分类号。
 。3)Mtl Dsg——产品(材料)代号,如S1130为生益科技FR-4产品的一个代号
 。4)Col—— 颜色,如自然色(NC)。
 。5)ANSI Type—— 美国国家标准协会型号:如FR-4、CEM-3、CEM-1。
 。6)Min Thk—— 最小厚度。
 。7)Clad cond Thk—— 覆箔导线厚度。
 。8)TI—— 温度指标。
 。9)Elec—— 电气的。
 。10)Mech—— 机械的。
 。11)HWI—— 热线着火试验。
 。12)UL94 Flame Class——指按UL94标准划分的燃烧等级。
 。13)HAI—— 大电流电弧着火试验。
 。14)HVTR—— 高电压电弧漏电痕迹速度试验。
 。15)D-495—— ASTM的耐电弧试验方法号。
 。16)CTI—— 比较漏电痕迹指数。
 。17)Max Area Diam—— 最大不刺穿圆直径。
 。18)Sold Lts—— 耐浸焊性。
 。19)Max Oper Temp—— 最高操作温度。
 。20)DSR—— 直接支持要求。
  如下对一些名词或缩写进行更详细的解释,以便大家更好的理解:
  电性能——此项性能是评估材料关于抗电痕、抗电源着火能力和其他电性能。除非指定,一般在60赫兹的条件下测试。
  性能分类等级(PLC)——为了避免测试结果的过分精确或偏差,多项的材料性能测试结果是以PLC来记录的,PLC是根据平均测试结果制订的,比单纯的结果数据更合理,如表2-5-3至表2-5-7所示。
  热线着火试验(HWI)——此性能以引起标准样本着火或者烧穿样本但不着火所需的平均秒数来表示。样本用电阻丝缠绕以分担指定的加载的电能。
           表2-5-3 HWI测试结果表示

HWI 范围,平均着火时间(秒)

PLC 值

>120

0

60---120

1

30---60

2

15---30

3

7---15

4

<7

5

  大电流电弧着火试验(HAI)——当电。ㄓ帽曜嫉牡缂嘈、形状和电路产生的)以特定的速率加载到材料的表面上或者特定的距离上必然会引起材料着火。此项测试就是以电弧在材料上断裂暴光的数量来表示的。
           表2-5-4 HAI测试结果表示

HAI 范围,引起电弧的平均数量

PLC 值

>120

0

60---120

1

30---60

2

15---30

3

<15

4

  比较漏电起痕指数(CTI)——以滴50滴浓度为0.1%的氯化铵到材料上后所引起漏电痕迹的电压表示此性能。用1/8英寸(3mm)厚度的材料进行测试的结果可代表任意厚度的测试结果。
           表2-5-5 CTI测试结果表示

CTI 范围,起痕指数(伏特)

PLC 值

>600

0

400---600

1

250---400

2

175---250

3

100---175

4

<100

5

   高电压电弧漏电痕迹速度试验(HVTR)——以速度表示,单位mm/min。在标准的测试条件下在材料的表面可产生痕迹。测试期间,如果发生材料着火要记录下来。用1/8英寸(3mm)厚度的材料进行测试的结果可代表任意厚度的测试结果!          ”2-5-6 HVTR 测试结果表示

HVTR 范围,( 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测试结果表示

D-495 范围,耐电弧平均时间(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,提出了层压板的DSR(Direct Support Requirement)要求,所谓DSR,就是标准中规定,如果印制板所用的层压板符合表2-5-8的要求,就可以在印制板上作出具有对载电部件支持的标识。

            表2-5-8 符合DSR要求的层压板

项 目

单位或 PLC

指 标

备 注

高电流电弧着火

PLC

3

 

热线着火,最大

PLC

4

 

体积电阻率 --- 干,最小

ohm-cm

50X10 6

 

体积电阻率 --- 湿,最小

ohm-cm

10X10 6

 

电气强度 --- 干,最小

kV/mm

6.89

 

电气强度 --- 湿,最小

Kv/mm

6.89

 

CTI

PLC

4

 


 
 
 
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