互連應(yīng)力測(cè)試原理

1、互連應(yīng)力測(cè)試原理摘要:在PCB制造過(guò)程中，對(duì)PCB內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試是衡量其可靠性和質(zhì)量好壞的一個(gè)關(guān)鍵而重要的因素。傳統(tǒng)已經(jīng)普及的測(cè)試方法有過(guò)回流、冷 熱循環(huán)及過(guò)波峰焊等，1ST測(cè)試與其不同之處在于這種測(cè)試對(duì)電路板品質(zhì)能 夠在較短的時(shí)間內(nèi)洞察可能的失效模式，快速而準(zhǔn)確地做出評(píng)估，直觀而客 觀。同時(shí)1ST機(jī)能夠在線全程記錄過(guò)程數(shù)據(jù)，隨時(shí)監(jiān)控每個(gè)過(guò)程循環(huán)的狀態(tài)， 做到有據(jù)可查且數(shù)據(jù)唯一。本文主要就1ST的測(cè)試原理以及如何實(shí)現(xiàn)測(cè)試進(jìn) 行介紹。關(guān)鍵詞：1ST失效孔內(nèi)層互連一、1ST測(cè)試原理介紹1ST測(cè)試附連扳根據(jù)IPC-TM-650，1ST測(cè)試技術(shù)通過(guò)在特定的附連扳內(nèi)層和通孔的連接 回路上通3分鐘的直流電，

2、使被測(cè)COUPON測(cè)試區(qū)的溫度升溫至設(shè)定的溫 度。測(cè)試采用直流的通斷使測(cè)試COUPON從室溫達(dá)到設(shè)定溫度，在溫度變 化下對(duì)被測(cè)Coupon進(jìn)行抗疲勞測(cè)試，加速潛在問(wèn)題的發(fā)生。1ST建立一個(gè) 熱循環(huán)系統(tǒng)，并作用在一種特殊的試樣上，同時(shí)監(jiān)視金屬化孔（PTH）和內(nèi) 部互連線路（Post）的電氣完整性。試驗(yàn)通過(guò)循環(huán)測(cè)試為生產(chǎn)出的成品性能 作一個(gè)鑒定。進(jìn)行IST測(cè)試需要設(shè)計(jì)特定線路連接的IST測(cè)試附連扳。H r/jr IrjFl忡抖T 光歸一國(guó)一秒獨(dú)引圖1 1ST測(cè)試附連扳圖1為1ST附連扳的外觀圖，圖2所示為附連扳的內(nèi)部構(gòu)造。從圖2中 可以看到1ST科邦擁有比較復(fù)雜的內(nèi)層線路設(shè)計(jì)。附連扳中含有兩條獨(dú)立

3、的 線路，一條線路用于接受直流電流并產(chǎn)生熱量（稱(chēng)為P端），另一線路接受 P端傳導(dǎo)的熱量（稱(chēng)為S端），同時(shí)可以用來(lái)決定和監(jiān)控附連扳溫度。P端 的內(nèi)層連接線路與$端的內(nèi)層連接線路是平行連續(xù)且相互交迭的。這種菊瓣 狀的設(shè)計(jì)使內(nèi)部熱的傳輸良好，且熱傳導(dǎo)的均勻性良好，使測(cè)試效果更為準(zhǔn) 確。囹2 1ST整試附連扳的|句祁結(jié)構(gòu)1.2 1，?測(cè)試失效機(jī)理1ST對(duì)P端施加電流，產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至S端，附連扳的特殊設(shè)計(jì)為熱 量的傳導(dǎo)提供了有力的保障，此過(guò)程中材料的受熱膨脹能夠拉動(dòng)金屬化孔的 脹縮，通過(guò)這種脹縮疲勞看金屬化孔質(zhì)量的變化，從而衡量過(guò)程品質(zhì)的好壞。 圖3為1ST測(cè)試過(guò)程中存在的金屬化孔隨著材料脹縮的示意圖

4、：圖3 1ST測(cè)試盜程中金屬化孔隨材料的變化從圖片中可以看到，通孔、埋孔及盲孔處都會(huì)發(fā)生應(yīng)力的變化，若這種 不斷的應(yīng)力變化在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)之內(nèi)導(dǎo)致孔壁出現(xiàn)孔壁裂縫，層間分離及 其他可見(jiàn)缺陷到一定程度時(shí)，認(rèn)為該附連扳失效，也就意味著對(duì)應(yīng)板的可靠 性值得懷疑，同時(shí)也反應(yīng)了過(guò)程中的控制不到位。二、1ST測(cè)試的實(shí)現(xiàn)1ST測(cè)試如何實(shí)現(xiàn)熱轉(zhuǎn)換1ST測(cè)試過(guò)程中主要靠加電流產(chǎn)生熱量，機(jī)器自動(dòng)找到適合于附連扳3 分鐘之內(nèi)將P端加熱到某設(shè)定溫度的電流，S端接受P端傳導(dǎo)的熱量，若需 要降低溫度，機(jī)器在切斷電流情況下使用特制風(fēng)扇保證3分鐘將溫度降低至 到室溫。為了保證此效果，機(jī)器有健全的控制系統(tǒng)。同時(shí)由于P端直接接受

5、 直流電流使其熱量足以傳導(dǎo)至S端，并且達(dá)到某溫度，為了實(shí)現(xiàn)以上要求， 機(jī)器要求P端的室溫電阻值范圍在150mohms2ohms。P端超過(guò)此范圍的科邦 測(cè)試將導(dǎo)致機(jī)器系統(tǒng)無(wú)法正常工作，很難將測(cè)試進(jìn)行下去。由于P端本身電 阻值較小，為了電阻測(cè)量的準(zhǔn)確性，機(jī)器采用4線制測(cè)量方法。1ST如何實(shí)現(xiàn)失效判定當(dāng)附連扳由于某種原因失效其客觀現(xiàn)象表現(xiàn)可能為孔壁裂痕、層間分離、 孔口斷裂等，如下圖這樣的現(xiàn)象出現(xiàn)都將導(dǎo)致微觀上的電阻變化，1ST測(cè)試 就是通過(guò)電阻的實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)判斷失效與否。那么究竟電阻變化多少將認(rèn)為 1ST附連扳失效呢？目前IPC給出的建議標(biāo)準(zhǔn)為10%，但實(shí)測(cè)過(guò)程中可以根據(jù) 板的附連扳進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定

6、。當(dāng)有失效發(fā)生之時(shí)，1ST測(cè)試系統(tǒng)界面將會(huì)實(shí)時(shí)記錄附連扳電阻的變化 情況，P端及S端都可能引起失效，但由于P端和S端是兩個(gè)孤立的電流網(wǎng) 絡(luò)，P端直接接受系統(tǒng)的直流電流，S端接受P端傳導(dǎo)的熱量，因此P端的 失效與S端的失效所表現(xiàn)的現(xiàn)象是有一定區(qū)分和規(guī)律的。P端通直流電流， 它與內(nèi)層關(guān)聯(lián)，若P端出現(xiàn)失效，電阻的變化多數(shù)與內(nèi)層連接如蝕刻特性有 關(guān)，圖7所示的層間分離常常是通過(guò)P端的失效發(fā)現(xiàn)的。若S端失效，其電 阻變化多數(shù)與金屬化孔的電鍍質(zhì)量有關(guān)。如圖4、5、6所示。圖4 1LI I斷襲蜀5仕壁斷裂圖6 iHL斷裂圖了層間分離另外1ST測(cè)試系統(tǒng)將有自動(dòng)監(jiān)控顯示電阻值的變化，當(dāng)電阻值的變化達(dá) 到設(shè)定值的

7、時(shí)候，此附連扳的1ST測(cè)試停止，而其他未失效的附連扳將繼續(xù) 進(jìn)行測(cè)試。1ST如何找到失效原因當(dāng)失效產(chǎn)生之后，將失效科邦進(jìn)行紅外掃描，找到失效點(diǎn)切片進(jìn)行分析。 如圖8所示。圖&尖效胡連扳紅妁|描四烏y心蛔# |r w cRsdiaw1 Mwi L dadfik-珈 torg閂頂蝦h* ldt匚s4n_id za.dr-r F-i MSOWiL krw cmi2 F I三、1ST測(cè)試所適用的板特征在IPC的規(guī)定當(dāng)中，1ST有效的測(cè)試范圍一般為下表1。在實(shí)際應(yīng)用過(guò) 程中，若要保證操作系統(tǒng)能夠運(yùn)行必須保證所測(cè)1ST的P端電阻保持在 150mohms-2ohms之間。有些厚銅箔板及背板由于其銅厚較厚同時(shí)

8、孔較大， 電阻很難控制，以至找不到合適的電流進(jìn)行測(cè)試。因此要進(jìn)行1ST的測(cè)試， 需要選擇合適的科邦。同時(shí)在進(jìn)行1ST測(cè)試之前，需要檢查1ST附連扳的質(zhì)量，這也是保證試 驗(yàn)?zāi)苷＿M(jìn)行和數(shù)據(jù)有效性的必要工作，如檢查外觀是否有可見(jiàn)缺陷，對(duì)位 情況如何，孔銅厚度等表1 1ST測(cè)試范圍條件1ST范圍建議條件被測(cè)COUPON數(shù)166測(cè)試溫度50吒25代15bC最大電阻變化1 100%10%最大測(cè)試循環(huán)次數(shù)1 4000250 (1day)資料收集頻次1100次循環(huán)10次循環(huán)冷卻速率0.52X加熱時(shí)間0.66操作臺(tái)面系統(tǒng)/用戶(hù)自設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)論：1ST的測(cè)試結(jié)果是通過(guò)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)反映出來(lái)的，因此大大降低了 測(cè)試結(jié)果的不確定性。附連扳中的數(shù)百個(gè)PTH和互連結(jié)構(gòu)的品質(zhì)都可以從 測(cè)試結(jié)果中反映出