一些常見失效切片分析如下:
1
電鍍銅延展性不佳或板材Z-CTE較大,造成孔中間的孔銅全周拉斷且斷口較大,如圖10所示:
2
金屬疲勞產生的微裂,呈45°斜向微裂,常沿著晶格出現,經常裂在玻纖與樹脂交界處的銅壁,孔銅開裂附近之部份基材也有微裂,如圖11所示:
3
孔角斷裂,主要是應力移往板面并出現杠桿式伸縮,金屬疲勞和應力集中引起,如圖12所示:
4
孔壁和孔環的拉裂,拉裂的孔環呈Z方向的走位,其主要是多次焊接高溫或材料Z-CTE較大造成, 如圖13所示:
5
孔環銅箔的斷裂,鉆孔釘頭再結晶后銅箔弱化,在疲勞試驗中被拉裂,如圖14所示:
6
盲孔與底墊分離,主要是底墊銅面出現鈍化膜,或熱應力較大(回流曲線熱量較高、多次焊接、局部過熱)造成,如圖15所示:
7
盲孔根部斷裂,主要是電鍍藥水老化或雜質較多,造成鍍銅質量下降,低電流處結晶疏松造成,如圖16所示:
熱沖擊試驗來源于IPC-6012C 3.10.8章節的要求,依照IPC-TM-650 測試方法2.6.7.2測試,一般常用FR4材料的PCB選用條件D,在經過高低溫循環100次之后,第一次高溫電阻和最后一次高溫電阻的變化率不能超過10%,并且試驗后做顯微剖切的鍍覆孔完整性合格。
TCT:參考標準JESD22-A104E,兩箱式Air to Air溫度循環試驗(Temperature Cycling Test),共有13種高低溫匹配與4種留置時間CycleTime(1、5、10、15分鐘)的級別對應,以供用戶參考,如下圖2和圖3所示:
TST:參考標準JESD22-A106B,兩槽式Liquid to Liquid高低溫液體中之循環試驗,特稱為Thermal ShockTest熱沖擊試驗,試驗條件如下圖4所示:
不管是TCT或是TST試驗,其試驗時間都是很長的,而IST時間明顯小于TCT和TST,常見的溫度循環測試曲線如圖5所示,由圖可以看出,液冷式的TST試驗,高低溫轉換速率是最大的,IST其次,TCT最小,而高低溫轉換速率越大,其對材料的沖擊也隨之增加,也就更容易失效:
IST試驗雖然試驗時間最短,但其也有不足之處,它的高低溫溫差是最小的,溫差決定了測試樣品的工作溫度范圍,溫差越大,代表樣品能工作在更高或更低的溫度,如圖6所示:
IST因為測試時間短,溫度轉換速率大,對測試樣品的疲勞老化影響也較大,故可以使試樣早早發生失效,比對圖7的IST失效數據和圖8的TCT失效數據,可見在相同的條件下,IST試驗很早就發生的失效:
在PCB的各種溫度循環試驗中,其主要失效機理是因為板材的Z軸CTE遠遠高于孔銅的CTE,在溫度劇烈變化的過程中,各種應力集中處容易被Z軸膨脹拉斷,常見的失效模式見圖9所示: