印制板热应力测试简介

美信检测实验室

 

1.摘要：

本文主要对标准IPC-6012关于PCB印制板热应力测试内容进行了简单介绍。

 

2.关键词：

印制线路板，热应力，结构完整性，IPC-6012，IPC-TM 650 2.6.8

 

3.性能等级：

IPC-6012根据客户和/或最终用途的要求，建立了刚性印制板性能等级的验收准则。IPC-6012指出，印制板特定特性的缺陷可接受程度可由预期的最终使用目的决定。基于这个因素，在功能可靠性和性能要求的基础上，进行了三个通用级别的分类

1级：普通消费类电子产品，表面的缺陷不重要，主要的要求是完整的PCB 功能；

2级：专用的服务性电子产品，一般用于通信方面（默认等级），要求使用寿命长，但不是很苛刻的，一些表面的缺陷是允许的；

3级：高可靠性要求的电子产品，用于军工、医疗方面，包括连续性或性能要求苛刻的设备和产品，此级适用于高水平保证和服务良好的产品。

 

4.印制板类型:

不带镀覆孔的印制板（1型）和带镀覆孔的印制板（2-6型）的分类如下：

1型—单面印制板

2型—双面印制板

3型—不带盲孔或埋孔的多层印制板

4型—带盲孔及/或埋孔的多层印制板

5型—不带盲孔或埋孔的多层金属芯印制板

6型—带盲孔及/或埋孔的多层金属芯印制板

 

5.检测范围：

标准IPC-6012为（1-6型）结构和/或技术制成的刚性印制板（来料板材、半成品、成品板）提供鉴定及性能要求。

 

6.方法简介：

印制板热应力测试（thermal stress）是把样品测试位置浮熔融的锡槽一定的时间，然后拿出后对其镀通孔进行切片分析，观察镀通孔焊接质量是否符合方法判定要求。

印制板热应力测试是使PCB处在高温状态，此时PCB的压层由于材料不一样而引起的张力不一样，如果压合不好，在热应力测试中很容易分层，这是检测PCB耐热性及绿油附着效果的一种质量可靠性测试。

 

7.测试方法：

a.检测设备

1).干燥炉：可保持121℃～149℃均匀温度。

2).电加热锡炉：可控制温度、有足够大的尺寸盛0.9kg的Sn60/Pb40或Sn63/Pb37焊料。

3).温度计：可以测量锡槽温度的设备。

4).显微镜：放大100-200倍的显微镜。

5).助焊剂：助焊剂符合J-STD-004型号ROL1或客户和供应商协商后的同意的助焊剂。

6).焊料：焊料成分符合J-STD-001规定。

7).辅助材料：清洗样品的清洗材料乙醇或丙酮、秒表、钳子、手套、口罩。

b.操作步骤

测试模块或成品板应按照IPC-TM-650中方法2.6.8的规定进行热应力试验。

1). 在待试验印制板上选取合适的样板。

2). 将待测样板放入烤箱烘烤不少于6小时，烘烤温度121℃-149℃；冷却至室温。

3). 用温度计测量焊料是否达到设定温度，确认锡炉焊料温度达到测试温度：

Test A(默认)：288℃±5℃

Test B: 260℃±5℃

Test C: 232℃±5℃

4).试样浸入助焊剂后，将试样浸入锡池中10s+1s,0s后取出。

5).去除试样表面的助焊剂，冷却至室温待目检、切片检验。

c.热应力后的结构完整性(IPC-6012中3.6节)：

印制板经热应力后，结构完整性应符合3.6.2节规定的测定附连测试模块的评定要求。应采用显微剖切技术评定2-6型板的试样的结构完整性。显微剖切应按IPC-TM-650，方法2.1.1或2.1.1.2中对附连测试模块或成品板进行制作。应检验最少三个孔或导通孔的剖切面。孔的每一侧都应独立检验。不适用于2型板(双面板)的特性（如内层分离，内层异物，和内层铜箔裂纹）不用评定。埋孔和盲孔应符合镀覆孔的要求。

所有性能和要求的评定都应在受过热应力的试样上进行，并且应满足所有要求；然而，按供应方的选择，不受热应力影响的下述特性或状态可以用未做热应力试验的附连测试板评定。

不受热应力影响的性能有：铜层空洞、镀铜起皱/夹杂物、毛刺和结瘤、玻璃纤维突出、灯芯、最终表面镀涂层空洞、回蚀、反回蚀、镀层/涂层厚度、内层和表面铜层或金属箔厚度。以下为结构完整性检测项目说明及评判标准：

1).树脂收缩

铜孔壁原封不动，部份树脂向后出现收缩现象，称为“树脂收缩”。多呈半圆形后退。

树脂收缩出现的位置：孔壁镀铜直立面上；区别于内层铜环面上上的压合空洞；再就是 在Zone B无树脂收缩概念而改称压合空洞。

接收标准：

IPC-6012中对1、2、3级：除非有特别的文件要求，否则热应力测试后是允许出现的。

2).压合空洞

压合时，气泡未来得及赶出板外之前，树脂已经硬化，致使气泡残留在板中而形成空洞。

IPC-6012附图1，指出Zone A处的压合空洞无需检验。

接收标准：

IPC-6012：2、3级：B区空洞≤80μm，且不影响最小的介质厚度；1级：B区空洞≤150μm，且不影响最小的介质厚度。

 

附图1.自截面上孔环最大外缘向外再各加0.08mm所涵盖区域，特称为感热区Zone A；Zone A与Zone A之间的区域则为Zone B

 

3).负回蚀 

所谓的"负回蚀"是：将各内层孔环故意向外围退扩大少许，比上下两侧的基材要低陷一些，孔壁铜层与孔环在上下夹持中紧密结合，会比全平面式的结合要牢固一些。（参见IPC-A-600）。 

IPC-6012对 Class 1＆2印制板要求不可超过25μm,对Class 3的板子要求不可超过13μm，但都认为是通孔品质上的缺点。 

4).去玷污

IPC-6012在3.6.2.7节中对此制程也有规定，那就是：对除胶渣所造成的回蚀深度的不可超过25μm，但由于孔壁个别地方撕裂或钻头挖伤造成小面积深度超过25μm则不应作为去玷污来评定。1、2型印制板不要求去玷污。 

5).连接盘起翘

IPC-6012在3.6.2.10节中提到如成品印制板满足3.3.4节的目检要求，则允许。

接收标准：对于1、2、3级：热应力后可以接收，测试前不可以接收。 

6).后分离和孔壁分离

热应力测试时，条件：288℃，10秒钟，一次，大量液锡涌入孔腔而焊在镀铜孔壁上，多余的热量对通孔附近的基材结构造成较大的膨胀，产生的热应力,使得通孔在结构方面产生以下的几种不同缺点: 

（1）使孔壁与孔环之"互连"被拉开。

（2）其他无内环处的铜壁自基材上全部或大部份自基材上被拉开。

按IPC-6012的规定，通孔热应力漂锡后待检查的项目"后分离"归属于3.6.2.1节"镀层完整性"，其中规定"各内层环与孔壁的互连处不可分离"，且在表3-9中对Class2板类之镀层也规定"不可分离"。 

7).灯芯

"灯芯效应"是指在镀通孔切片的孔壁上，玻璃束断面的单丝之间有化学铜渗镀其中，出现了有如扫把般的现象，故称为灯芯。

IPC-6012中表3-9对"灯芯"规定如下：3级≤80μm；2级≤100μm；1级≤125μm 

8).铜壁折叠与夹杂物 

IPC-6012 “结构完整性"中，提到铜壁折叠与夹杂物，并在图3-8做了详细规定。

 

 

9).镀层空洞

1级：应满足表3-9中有关镀层空洞的要求。

2级、3级：每个试样的空洞应不超过一个，并且必须符合以下判据：

A：每个试样的镀层空洞不能超过一个。

B：镀层空洞的尺寸不应该超过印制板总厚度的5%。

C：内层导电层与电镀孔壁的界面处不应有空洞。

D：不允许有大于90°环状空洞。

 

8.参考标准

IPC -6011印制板通用性能规范

IPC-6012刚性印制板的鉴定及性能规范

IPC-A-600印制板的可接受性

IPC-TM 650 2.6.8热应力冲击,镀通孔

 

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