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PCB可靠性测试评估方法简述.pdf
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1、检测与可靠性 Inspection&Reliability印制电路信息 2024 No.1PCB可靠性测试评估方法简述刘立国 高蕊 张永华(无锡江南计算技术研究所,江苏 无锡 214083)摘要印制电路板(PCB)技术向高密度、高集成化等方向发展,导致PCB可靠性问题日益凸显。针对PCB失效机理,并结合现有PCB标准及实践应用情况,详细介绍了3种PCB可靠性测试评估的方法失效率预计法、加速试验预计法和试验鉴定法,以期为从业者开展PCB可靠性测试评估提供一定的帮助。关键词印制电路板(PCB);失效机理;可靠性测试;可靠性评估中图分类号:TN41文献标志码:A文章编号:10090096(2024)
2、01003004Brief description of reliability test and evaluation methods of PCBLIU Liguo GAO Rui ZHANG Yonghua(Wuxi Jiangnan Institute of Computing Technology,Wuxi 214083,Jiangsu,China)Abstract The printed circuit board(PCB)technology will continue to develop toward higher density and higher integration
3、,so that PCB reliability problems will become increasingly prominent.This paper briefly introduces the failure mechanism of PCB.Combined with the existing standards and practical applications,three reliability test and evaluation methods of PCB are introduced in detail:failure rate prediction method
4、,accelerated test prediction method and test identification method.We hope to provide some help for practitioners to carry out PCB reliability test and evaluation.Key wordsprinted circuit board(PCB);failure mechanism;reliability test;reliability evaluation0引言所有的电子元器件必须互连和组装在一起,才能形成功能完整且可运行的系统。印制电路板(
5、printed circuit board,PCB)为元器件提供了固定支撑、电气连接和电绝缘,是电子系统中最基础、最重要的部件之一,且在可预见的未来仍将保持强大的发展趋势,是电子信息产业中必不可缺的部件1。随着半导体技术的发展,芯片级封装(chip scale package,CSP)、板上芯片(chip on board,COB)等封装技术的应用演进,以及埋入有源器件技术、系统级封装(system in package,SIP)技术的应用,PCB技术将继续向高精度、高作者简介:刘立国(1986),男,工程师,本科,主要研究方向为印制板、电子组装等电子互连工艺质量及可靠性测试评估技术。-30印
6、制电路信息 2024 No.1检测与可靠性 Inspection&Reliability密度、高频高速化及高集成化方向发展。新材料、新工艺的应用,高密度、高集成化的发展,给PCB的可靠性带来了严峻的挑战。本文结合现有的标准及行业内的实践方法,简单介绍PCB可靠性的主要测试评估方法。1PCB失效机理1.1热致失效PCB在生产制造、后续组装及产品应用等过程中面临着各种各样的热应力,可能是长期的高温暴露,或单独、重复的热循环。在各种热应力的作用下,引起PCB失效的模式主要有镀覆孔断裂、层压板分层、导体与镀覆孔孔壁分离等。失效 机 理 主 要 有 构 成 PCB 各 材 料 热 膨 胀 系 数(coe
7、fficient of thermal expansion,CTE)的 不 一致、金属材料的疲劳、非金属材料的老化、生产制造的缺陷等。1.2机械致失效一般印制电路板组装(printed circuit board assembly,PCBA)后装入卡槽或固定到支架位置,在使用中遇到机械冲击或振动,元器件的互连部分将成为PCBA薄弱环节。机械应力致PCB失效的概率很小,但在PCB制造、组装或应用过程中,由于操作不规范、设计不合理等原因,可能会导致PCB受到磕碰、弯曲等过机械应力,进而导致PCB被破坏或断裂而失效,不可见的内部损伤也会影响PCB的可靠性。1.3化学致失效化学致PCB失效的主要模式是
8、绝缘电阻降低。PCB应用的环境无法避免水汽,制造、组装或应用都可能受到离子污染,当PCB以及PCBA的表面或内部离子污染物吸收水分后,引起导体或金属镀层枝晶生长和金属迁移、电化学腐蚀、导电阳极丝(conductive anodic filament,CAF)生长等电化学现象,进而导致 PCB绝缘失效。高温、高湿和外加偏压通常会加速其电化学失效。2PCB可靠性测试评估方法按照PCB的3类失效机理,对应的可靠性测试也分为 3 类:热测试。一般主要是热应力(热油、漂锡、再流焊等)测试、温度冲击测试等。机械测试。一般PCB较少进行机械测试,通常是进行镀层或涂覆层与层压板的附着性能测试。温度、湿度、偏压
9、测试。测试是为了促进PCB表面的腐蚀或导电阳极丝的生长,进而引起绝缘电阻降低2。针对PCB长期或应用可靠性,结合其主要失效机理,应重点考察的是其互连可靠性、绝缘可靠性及存储可靠性。结合电子设备、印制板、半导体相关标准,以及行业主要应用的方法,本文认为目前PCB可靠性测试评估方法主要有失效率预计法、加速试验预计法和试验鉴定法3种方法。2.1失效率预计法失效率预计法是根据产品基本失效率、产品环境系数、产品质量系数、产品复杂系数等经验值计算产品失效率,进而反映产品的可靠性,一般分为非工作状态和工作状态。非工作状态失效率预计模型、方法和参数可以参考 GJB 108A2006电子设备非工作状态可靠性预计
10、手册3。工作状态失效率预计模型、方法和参数可以参考GJB 299C2006电子设备可靠性预计手册4。PCB制造工艺复杂,特别是高密度多层板制造工艺,细化可以分为几百道工序,因此制造商的技术能力、制造工艺及制造过程质量管理控制是决定相同材料、相同设计的产品质量和可靠性的关键因素。失效率预计法利用产品基本失效率、环境系数、复杂系数等经验数据计算得到产品失效率,对材料差异、制造工艺差异、质量管控等未作考虑,此方法一般适用于工艺成熟且复杂系数不高的产品,或产品研制的初步设计阶段,不能真实反映产品的可靠性,因此该方法并未得到广泛应用。2.2加速试验预计法加速试验预计法5是利用产品可靠性加速环境试验数据和
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