隐藏的PCB可靠性问题，就在你身边！中招了没？

樱桃海弥

1 H9 h1 z% I; \. H/ Y4 N+ _
/ i  `: G& J4 e7 ^, [" T

隐藏的PCB可靠性问题，就在你身边！中招了没？

; R. X/ E, n. D
. b; Y+ |( R7 z2 Y
* y& {! |$ T$ \& L- p, k

' U, r% Q0 I* B( E# f! b前言

         在PCB行业验收标准IPC-6012C中，只有三个章节的试验牵涉到可靠性方面的要求，主要是介质耐电压、湿热绝缘电阻（MIR）和热冲击（Thermal Shock），前两者主要评估板材可靠性，后者主要评估电镀铜可靠性。

热冲击试验来源于IPC-6012C 3.10.8章节的要求，依照IPC-TM-650 测试方法2.6.7.2测试，一般常用FR4材料的PCB选用条件D，在经过高低温循环100次之后，第一次高温电阻和最后一次高温电阻的变化率不能超过10%，并且试验后做显微剖切的镀覆孔完整性合格。

==================================

       IPC定义的热冲击（ThermalShock）试验，其与封装业JEDEC的温度循环试验（TCT）类似，但与JEDEC的热冲击试验（TST）有差异，因为IPC的热冲击试验（TS）和JEDEC的温度循环试验（TCT），都是基于空气传热的，而JEDEC的热冲击试验（TST）是基于液体传热的，其温度转换速率远远高于空气传热，故如果客户要求测试TS时，还是需要确定所依据的标准和试验条件。

      JEDEC原为美国电子工业协会EIA之下属团体，现已独立出来成为IC封装业的专门组织，曾就有机IC载板与半导体成品之品检与可靠度试验订定许多规范，其涉及到温度循环方面最常见的两个试验如下：

     TCT：参考标准JESD22-A104E，两箱式Air to Air温度循环试验(Temperature Cycling Test)，共有13种高低温匹配与4种留置时间CycleTime(1、5、10、15分钟)的级别对应，以供用户参考，如下图2和图3所示：

TST：参考标准JESD22-A106B，两槽式Liquid to Liquid高低温液体中之循环试验，特称为Thermal ShockTest热冲击试验，试验条件如下图4所示:

不管是TCT或是TST试验，其试验时间都是很长的，而IST时间明显小于TCT和TST，常见的温度循环测试曲线如图5所示，由图可以看出，液冷式的TST试验，高低温转换速率是最大的，IST其次，TCT最小，而高低温转换速率越大，其对材料的冲击也随之增加，也就更容易失效：

IST试验虽然试验时间最短，但其也有不足之处，它的高低温温差是最小的，温差决定了测试样品的工作温度范围，温差越大，代表样品能工作在更高或更低的温度，如图6所示：

IST因为测试时间短，温度转换速率大，对测试样品的疲劳老化影响也较大，故可以使试样早早发生失效，比对图7的IST失效数据和图8的TCT失效数据，可见在相同的条件下，IST试验很早就发生的失效：

6 `3 A0 @# l" T- |1 u& b! o4 E

==================================

在PCB的各种温度循环试验中，其主要失效机理是因为板材的Z轴CTE远远高于孔铜的CTE，在温度剧烈变化的过程中，各种应力集中处容易被Z轴膨胀拉断，常见的失效模式见图9所示：

. Z4 d) T: S9 ]" ?

& X8 D& g5 s6 Y* ^: e: h一些常见失效切片分析如下：

1、电镀铜延展性不佳或板材Z-CTE较大，造成孔中间的孔铜全周拉断且断口较大，如图10所示：
7 N6 c) ?8 f/ b$ P% |

2 q' {* M  U4 {" F5 q$ g& R

2、金属疲劳产生的微裂，呈45°斜向微裂，常沿着晶格出现，经常裂在玻纤与树脂交界处的铜壁，孔铜开裂附近之部份基材也有微裂，如图11所示：

3、孔角断裂，主要是应力移往板面并出现杠杆式伸缩，金属疲劳和应力集中引起，如图12所示：

4 f+ H! W# O  L. n" p; l1 ?  K

4、孔壁和孔环的拉裂，拉裂的孔环呈Z方向的走位，其主要是多次焊接高温或材料Z-CTE较大造成， 如图13所示：

5、孔环铜箔的断裂，钻孔钉头再结晶后铜箔弱化，在疲劳试验中被拉裂，如图14所示：

( h7 a0 q9 m: X2 T

6、盲孔与底垫分离，主要是底垫铜面出现钝化膜，或热应力较大（回流曲线热量较高、多次焊接、局部过热）造成，如图15所示：

6、盲孔根部断裂，主要是电镀药水老化或杂质较多，造成镀铜质量下降，低电流处结晶疏松造成，如图16所示：

1 B$ j9 j: D) Q+ c9 L