浅析印制板的可靠性2

licheng521

1.2.2 印制板连接盘对印制板质量的影响
　　连接盘一般孔径大，设计时考虑了环宽的要求，质量可以保证，但过孔的质量却因厂家和工艺技术的不同差异较大。孔径大于∮0.6 mm，采用开窗涂覆Pb/Sn，问题发生的可能性不大，但对小于∮0.3 mm的过孔，由于孔小钻孔参数控制不同、溶液交换不顺畅等因素，导致孔壁粗糙程度不一，撕裂的深浅不一，孔壁厚度和均匀性不相同。尽量后续采用不同过孔覆涂工艺，如覆盖阻焊油墨甚至塞孔，但由于塞孔对孔电阻影响不大。因此，孔电阻差异依然存在。表1列举了不同厂家∮0.25 mm孔电阻测试结果。麦斯艾姆（massembly）贴片知识课堂，用通俗的文字介绍专业贴片知识。麦斯艾姆科技，全国首家PCB(麦斯艾姆知识课堂)样板打板，元器件代采购，及贴片的一站式服务提供者！
　　孔电阻偏大，影响电信号传输质量，同时，也折射出孔壁存在不导电性杂质或空洞或裂纹。这样的孔，经过高温冲击，必然产生断裂或裂纹，酿成印制板的功能完全丧失。因此，印制板的加工过程中，必须特别关注过孔的孔电阻值的大小。
　　1.2.3 印制板的层对印制板质量的影响
　　印制板的层涉及印制板的加工材料和层间介质层的厚度及均匀性，加工材料前面已经阐述，这时重点说明介质层的厚度和均匀性。
　　介质层的厚度影响印制板的层间绝缘性，其表征参数是击穿电压。击穿电压越高其绝缘性越好。不同领域使用的印制板其击穿电压可能要求不一样，但介质层薄，击穿电压肯定低，同样厚度的介质层，介质层中增强材料粗其击穿电压也低，因此，介质层厚度的控制以击穿电压为依据兼顾半固化片的类型。介质层厚度的均匀性，影响信号传输的稳定性。厚度偏差10%，特性阻抗值偏差可达20%。厚度均匀性，一方面与材料的性能参数相关如凝胶时间、树脂流动度等；另一方面与层压的工艺参数及设备的精度密切相关。因此，介质层厚度的均匀性的控制需借助于高精度设备和优化的层压工艺参数进行控制。
　　1.3 印制板使用质量的表征
　　电子产品使用过程中性能是否稳定涉及印制板的使用质量。使用中常遇见印制板的缺陷有：离子迁移（CAF）和焊点质量（Joint）等。铜离子迁移系透过玻纤纱束或纱束与树脂之细缝，造成两导体例如（孔壁到孔壁）间出现金属铜的迁移，其产生机理是：印制板通电后由于电位差，高压极（阳极）铜金属在水气中首先出现腐蚀而氧化成铜Cu2+，于是铜离子会沿着通道缓缓向另一端低压极进行迁移，同时，低压端也会往阳极移动，于是两者在通道途中遭遇后即可还原出金属铜，形成两地间的连通即漏电短路，一旦出现短路，电阻颇高的发热将CAF烧断，尔后又开始新的CAF。这样周而复始发生，造成电子产品功能时有时无。如下图CAF发生的几种情形。
　　可见，产生CAF必须具备下列五种条件：裸露的铜导体、水气、电解质、电位差和通道。前四项在电子产品的使用中不可避免。通道是唯一可控制产生CAF的途径，而通道的形成主要与印制板的生产过程中材料、钻孔、去沾污等因素相关。一般地来说材料的玻纤越细，树脂含量越高，韧性越好，钻孔撕裂的机率较低，因此，对于高密度的印制板或潮湿环境中使用的印制板尽可能采用细玻纤的材料。不同的材质的钻头，不同钻孔数量，不同的钻孔参数，钻孔时，钻头对增强材料的冲击不同，孔壁质量的差异较大，对孔壁的损伤也不尽一致，芯吸程度不一。因此，为了杜绝通道的发生，应当严格控制钻孔质量，确保孔壁光滑平整。去沾污主要目的是去除内层导体钻孔时吸附树脂，当然，也咬蚀孔壁绝缘层中的树脂，有时为了形成负凹蚀，孔壁绝缘层树脂甚至咬蚀更多。这时，咬蚀量需严格控制。否则，极易形成“通道” 。
　　如下图树脂咬蚀过量情形。
　　印制板与元器件系通过焊接的焊点来连接，其焊点在电子产品使用中因环境的影响有时也会出现异常情况。这主要与印制板表面涂覆工艺密切相关。目前，印制板表面涂覆有：热风整平、镀锡、化学镍金、有机防氧化保护、化银等。热风整平或镀锡焊接时对形成Cu6Sn5IMC，长期使用不会发生变化，焊点牢固，其可靠性高；化学镍金因布线不均匀性不可避免产生“氧化镍”黑垫，同时，焊接时形成Ni3Sn4 IMC ，又有金、磷的渗入，长期使用，焊点脆弱，可靠性下降；OSP焊接结形成Cu6Sn5 IMC，而且没有其它金属（如Au、Ag）污染，强度较好，可靠性高；浸银焊点形成Cu6SnIMC，强度好但不耐老化，而且因银的渗入焊点可能形成微空洞；浸锡焊点边形成Cu6Sn5，但浸锡层会逐渐被底铜所吸收成为IMC，外观由亮白色转为灰白色焊点强度发生变化；电镀Ni-Au，虽然少了磷和黑垫的干拢，焊点强度高，但金的渗入也会逐渐影响焊点的质量。因此，印制板表面涂覆的选择，影响着焊点的质量，涉及电子产品的使用效果。因此，在高可靠性产品设计时，印制板表面涂覆优选热风整平或OSP。
　　2 结论
　　（1）印制板可靠性可以从安装后质量、调试质量、使用质量等三方面给予表征；（2）安装质量涉及材料的选择和过程控制。（3）调试质量主要与印制板基本要素精度控制密切相关；（4）使用质量与环境和表面涂覆选择有关。
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