浅析印制板的可靠性 可靠性

我是MT

印制板的基本功能之一是承载电信号的传输。


研究印制板的可靠性就是研究它的基本功能不丧失或者它的一些电性能指标不衰退，也就是它的功能保持的持久性。本文拟从印制板下游用户安装后质量、直接用户调试质量和产品使用质量三方面研究印制板的可靠性，从而表征出印制板加工质量的优劣并提供生产高可靠性印制板的基本途径。


1 印制板的可靠性分析


1.1 印制板安装后的质量表征


印制板安装后，其质量的好坏直接的反映是：


目测印制板表观是否出现起泡、白斑、翘曲等现象。


其中最令人关注的是冒泡即业内人士称之“爆板或分层”，可靠性高的印制板安装后不应出现“起泡”缺陷。为了获取高可靠性的印制板，则必须从以下几个方面入手。


1.1.1 印制板材料的选择


同一类型的印制板基材，不同的生产厂家，其性能差异较大，不同类型的印制板基材其性能差异就更大。印制板加工选择基材时既要考虑材料的耐热性能又要考虑材料的电气性能，就安装而言，我们更多考虑材料的耐热性能。材料的耐热性能一般以玻璃转化温度（Tg）和热分解温度（Td）作参考。目前，印制板安装按元器件的焊点成份（有铅、无铅）分为有铅、无铅、混合安装，相应回流焊峰值温度为215 ℃、250 ℃、225 ℃。因此，针对不同的安装方式，印制板材料应该区分选择。对无铅焊接，选用Tg高于170 ℃的板材；对于混装焊接，选用Tg高于150 ℃的板材。


对于有铅焊接，所有材料均适用，但通常选用Tg高于130 ℃的板材。除了考虑Tg外，一般还要关注厂家品牌和型号，目前，性能较稳定常用板材有Tuc 、IsoIa、Hitachi、 Neleo等。


1.1.2 生产过程的控制


印制板出厂前都要抽样进行交收态和热应力实验，其目的就是要保证安装不分层等。尽管交收态和热应力实验完全合格的产品不能保证安装无缺陷，但交收态有缺陷的产品安装时肯定存在隐患。因此，交收态和热应力试验是安装质量的前期预告。这样，交收态和热应力合格是印制板交付的必要条件。为此，在印制板的加工过程中应当关注以下几个方面，以确保交收态和热应力试验合格，提升安装后的质量。


1.1.2.1 明确印制板的加工要求


印制板的层数、厚度、BGA的节距（或孔壁间的最小中心距），导体铜厚等影响印制板热应力试验结果。层数超过12层，厚度大于3.0 mm的板，由于Z轴胀缩值大，容易在热应力后产生微裂，产生孔壁缺陷。


BGA节距小于0.8 mm或孔壁中心距小于0.5 mm，由于热容大，安装时受热集中，容易引起介质层分层。因此，对于这类印制板加工应选择Tg大于170 ℃的基材。


导体厚度大于35 μm，热容大，树脂流动阻力大，层压时尽量利用多张高流动度的半固化片。孔径小于0.3 mm的印制板，钻孔的质量直接影响孔化孔壁质量，应严格控制钻孔参数，确保孔壁清洁、平整、撕裂小。


1.1.2.2 精细化的工艺控制


交收态和热应力实验出现分层，究其原因主要是内层导体氧化处理质量缺陷造成铜与半固化片结合力差或者半固化片沾染或吸潮所致。氧化处理因材质不同其工艺也不尽相同，高Tg材料因质硬而脆，采用绒状的棕氧化，而常规材料可能为晶状的黑氧化[2]当然，导体表面的粗糙度直接影响铜与半固化片的结合力。因此，不管何种氧化处理必须明确规定氧化的表面粗糙度。同时，在层压过程中，要尽量避免材料的沾污和吸潮。为此，单片必须定量控制其烘烤条件，半固化片必须去潮，叠板中必须控制环境的洁净度和操作规范性。在层压工艺控制中，必须根据板类和板量确立有效的层压参数，确保树脂充分湿润和流变速度，避免空洞的产生。


1.2 印制板调试质量的表征


印制板调试质量好坏主要依据调试结果是否顺利满足设计要求，而安装后印制板调试是否顺利，涉及印制板的加工质量，也是印制板可靠性表征的一个重要信息。一般地，调试顺利的板，其可靠性就高；相反，调试不顺利的板，其可靠性必然存在隐患，究其印制板的加工质量，主要涉及印制板的线、盘、介质层。


1.2.1 印制板导线对印制板质量的影响


随着电子产品的精细化发展，伴随印制板加工工艺的不断提升，印制板的导线不再是简单的信号传输，而是辅以许多功能化的要求如阻抗线、等长线、电抗线等。因此，导线的缺陷如缺口、毛刺、形状拐角等对印制板性能的影响越来越明显（3），线宽10%的偏差带来阻抗变化可能达20%，导线的缺口、毛刺使信号的延迟可达0.1 ns，导线的形状差异产生反射、噪声等干扰影响信号传输的完整性。可见，线的质量在印质板制作过程中不容忽视。这一方面需要严格的过程控制，另一方面需要高精度生产设备和适当的工艺技术（如半加成法和加成法），以确保线的精度满足设计要求。