美信檢測實驗室

 

1.摘要：

本文主要對標準IPC-6012關于PCB印制板熱應力測試內容進行了簡單介紹。

 

2.關鍵詞：

印制線路板，熱應力，結構完整性，IPC-6012，IPC-TM 650 2.6.8

 

3.性能等級：

IPC-6012根據客戶和/或最終用途的要求，建立了剛性印制板性能等級的驗收準則。IPC-6012指出，印制板特定特性的缺陷可接受程度可由預期的最終使用目的決定。基于這個因素，在功能可靠性和性能要求的基礎上，進行了三個通用級別的分類

1級：普通消費類電子產品，表面的缺陷不重要，主要的要求是完整的PCB 功能；

2級：專用的服務性電子產品，一般用于通信方面（默認等級），要求使用壽命長，但不是很苛刻的，一些表面的缺陷是允許的；

3級：高可靠性要求的電子產品，用于軍工、醫療方面，包括連續性或性能要求苛刻的設備和產品，此級適用于高水平保證和服務良好的產品。

 

4.印制板類型:

不帶鍍覆孔的印制板（1型）和帶鍍覆孔的印制板（2-6型）的分類如下：

1型—單面印制板

2型—雙面印制板

3型—不帶盲孔或埋孔的多層印制板

4型—帶盲孔及/或埋孔的多層印制板

5型—不帶盲孔或埋孔的多層金屬芯印制板

6型—帶盲孔及/或埋孔的多層金屬芯印制板

 

5.檢測范圍：

標準IPC-6012為（1-6型）結構和/或技術制成的剛性印制板（來料板材、半成品、成品板）提供鑒定及性能要求。

 

6.方法簡介：

印制板熱應力測試（thermal stress）是把樣品測試位置浮熔融的錫槽一定的時間，然后拿出后對其鍍通孔進行切片分析，觀察鍍通孔焊接質量是否符合方法判定要求。

印制板熱應力測試是使PCB處在高溫狀態，此時PCB的壓層由于材料不一樣而引起的張力不一樣，如果壓合不好，在熱應力測試中很容易分層，這是檢測PCB耐熱性及綠油附著效果的一種質量可靠性測試。

 

7.測試方法：

a.檢測設備

1).干燥爐：可保持121℃～149℃均勻溫度。

2).電加熱錫爐：可控制溫度、有足夠大的尺寸盛0.9kg的Sn60/Pb40或Sn63/Pb37焊料。

3).溫度計：可以測量錫槽溫度的設備。

4).顯微鏡：放大100-200倍的顯微鏡。

5).助焊劑：助焊劑符合J-STD-004型號ROL1或客戶和供應商協商后的同意的助焊劑。

6).焊料：焊料成分符合J-STD-001規定。

7).輔助材料：清洗樣品的清洗材料乙醇或丙酮、秒表、鉗子、手套、口罩。

b.操作步驟

測試模塊或成品板應按照IPC-TM-650中方法2.6.8的規定進行熱應力試驗。

1). 在待試驗印制板上選取合適的樣板。

2). 將待測樣板放入烤箱烘烤不少于6小時，烘烤溫度121℃-149℃；冷卻至室溫。

3). 用溫度計測量焊料是否達到設定溫度，確認錫爐焊料溫度達到測試溫度：

Test A(默認)：288℃±5℃

Test B: 260℃±5℃

Test C: 232℃±5℃

4).試樣浸入助焊劑后，將試樣浸入錫池中10s+1s,0s后取出。

5).去除試樣表面的助焊劑，冷卻至室溫待目檢、切片檢驗。

c.熱應力后的結構完整性(IPC-6012中3.6節)：

印制板經熱應力后，結構完整性應符合3.6.2節規定的測定附連測試模塊的評定要求。應采用顯微剖切技術評定2-6型板的試樣的結構完整性。顯微剖切應按IPC-TM-650，方法2.1.1或2.1.1.2中對附連測試模塊或成品板進行制作。應檢驗最少三個孔或導通孔的剖切面。孔的每一側都應獨立檢驗。不適用于2型板(雙面板)的特性（如內層分離，內層異物，和內層銅箔裂紋）不用評定。埋孔和盲孔應符合鍍覆孔的要求。

所有性能和要求的評定都應在受過熱應力的試樣上進行，并且應滿足所有要求；然而，按供應方的選擇，不受熱應力影響的下述特性或狀態可以用未做熱應力試驗的附連測試板評定。

不受熱應力影響的性能有：銅層空洞、鍍銅起皺/夾雜物、毛刺和結瘤、玻璃纖維突出、燈芯、最終表面鍍涂層空洞、回蝕、反回蝕、鍍層/涂層厚度、內層和表面銅層或金屬箔厚度。以下為結構完整性檢測項目說明及評判標準：

1).樹脂收縮

銅孔壁原封不動，部份樹脂向后出現收縮現象，稱為“樹脂收縮”。多呈半圓形后退。

樹脂收縮出現的位置：孔壁鍍銅直立面上；區別于內層銅環面上上的壓合空洞；再就是 在Zone B無樹脂收縮概念而改稱壓合空洞。

接收標準：

IPC-6012中對1、2、3級：除非有特別的文件要求，否則熱應力測試后是允許出現的。

2).壓合空洞

壓合時，氣泡未來得及趕出板外之前，樹脂已經硬化，致使氣泡殘留在板中而形成空洞。

IPC-6012附圖1，指出Zone A處的壓合空洞無需檢驗。

接收標準：

IPC-6012：2、3級：B區空洞≤80μm，且不影響最小的介質厚度；1級：B區空洞≤150μm，且不影響最小的介質厚度。

 

附圖1.自截面上孔環最大外緣向外再各加0.08mm所涵蓋區域，特稱為感熱區Zone A；Zone A與Zone A之間的區域則為Zone B

 

3).負回蝕 

所謂的"負回蝕"是：將各內層孔環故意向外圍退擴大少許，比上下兩側的基材要低陷一些，孔壁銅層與孔環在上下夾持中緊密結合，會比全平面式的結合要牢固一些。（參見IPC-A-600）。 

IPC-6012對 Class 1＆2印制板要求不可超過25μm,對Class 3的板子要求不可超過13μm，但都認為是通孔品質上的缺點。 

4).去玷污

IPC-6012在3.6.2.7節中對此制程也有規定，那就是：對除膠渣所造成的回蝕深度的不可超過25μm，但由于孔壁個別地方撕裂或鉆頭挖傷造成小面積深度超過25μm則不應作為去玷污來評定。1、2型印制板不要求去玷污。 

5).連接盤起翹

IPC-6012在3.6.2.10節中提到如成品印制板滿足3.3.4節的目檢要求，則允許。

接收標準：對于1、2、3級：熱應力后可以接收，測試前不可以接收。 

6).后分離和孔壁分離

熱應力測試時，條件：288℃，10秒鐘，一次，大量液錫涌入孔腔而焊在鍍銅孔壁上，多余的熱量對通孔附近的基材結構造成較大的膨脹，產生的熱應力,使得通孔在結構方面產生以下的幾種不同缺點: 

（1）使孔壁與孔環之"互連"被拉開。

（2）其他無內環處的銅壁自基材上全部或大部份自基材上被拉開。

按IPC-6012的規定，通孔熱應力漂錫后待檢查的項目"后分離"歸屬于3.6.2.1節"鍍層完整性"，其中規定"各內層環與孔壁的互連處不可分離"，且在表3-9中對Class2板類之鍍層也規定"不可分離"。 

7).燈芯

"燈芯效應"是指在鍍通孔切片的孔壁上，玻璃束斷面的單絲之間有化學銅滲鍍其中，出現了有如掃把般的現象，故稱為燈芯。

IPC-6012中表3-9對"燈芯"規定如下：3級≤80μm；2級≤100μm；1級≤125μm 

8).銅壁折疊與夾雜物 

IPC-6012 “結構完整性"中，提到銅壁折疊與夾雜物，并在圖3-8做了詳細規定。

 

 

9).鍍層空洞

1級：應滿足表3-9中有關鍍層空洞的要求。

2級、3級：每個試樣的空洞應不超過一個，并且必須符合以下判據：

A：每個試樣的鍍層空洞不能超過一個。

B：鍍層空洞的尺寸不應該超過印制板總厚度的5%。

C：內層導電層與電鍍孔壁的界面處不應有空洞。

D：不允許有大于90°環狀空洞。

 

8.參考標準

IPC -6011印制板通用性能規范

IPC-6012剛性印制板的鑒定及性能規范

IPC-A-600印制板的可接受性

IPC-TM 650 2.6.8熱應力沖擊,鍍通孔

 

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