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本帖最后由 alexwang 于 2018-7-3 11:07 编辑 ) |* g" P4 B$ F) X3 ^
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隐藏的PCB可靠性问题,就在你身边!中招了没?
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0 a1 }$ `5 N3 r: `, P* {前言
5 \" ?1 m" s1 g5 t1 X 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。 " x4 i3 ^/ S+ M6 |
================================== 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。
& p+ R7 e0 c$ z/ N( t' B% k4 t 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: 9 ?; K- j! ?4 T+ m
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:
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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:
8 n) G" i7 z1 @3 b# Z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:
1 [$ ?+ e- P. k4 a. qIST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:
# I7 Y' {; k$ G7 X$ S. Q/ a* Z' 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:
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3 z3 [" G6 ^% Z7 d- D* n# T一些常见失效切片分析如下:
* w7 C6 l8 b# [/ c1、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:
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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: 5 h. B' L5 H, Z/ V' N8 g& ~+ w( G
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: 8 C" s" H+ p3 i5 J! z- s$ b, V
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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: , L: @' Y# b1 i2 I" |% {; s
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: : j- T) k+ s: V( l) f4 h, j# V, G1 G
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:
4 D2 O1 Y6 S" Y$ p+ {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:
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