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本帖最后由 alexwang 于 2018-7-3 11:07 编辑
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1 K+ o$ D; ]! d% R$ y: ^隐藏的PCB可靠性问题，就在你身边！中招了没？ $ C7 f& z+ i0 j4 m
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前言
7 T' x6 P+ T8 R+ Y 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。
: |3 ~, g7 X; V) ~ Q================================== 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。
T+ M. i6 h" j' d 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： - V$ A4 @2 \8 |+ @9 |, b' j
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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; r, s. |8 L j2 j3 I* vTST：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: 5 S! s" S- i( R
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：
9 W4 C5 N6 F. ?/ x7 q0 t1 tIST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： ) g0 _3 ]* P. W; D( J8 w
================================== 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： 2 A+ e' t! I% y/ W2 r) h/ c
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. ^$ _+ T6 q. i! a$ f一些常见失效切片分析如下：
8 g) z9 w9 x) @; ]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：
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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： 8 M# u$ L# m; u8 {# F
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：
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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：
- N+ W! e; P; E' C/ v5 y5、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：
O: A# D* p/ l" @5 p& S4 N2 Q- k. c6、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： 5 l- }8 o- v2 v: T7 @* s! \1 w* d
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： * e6 V5 P. ]" ~+ f2 p9 C
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发表于 2016-3-15 16:50
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