PCB

无卤PCB板可靠度与故障分析

印刷电路板

印刷电路板( Printed Circuit Board,或称为Printed Wiring Board)为电子产品之母,藉由PCB,将各种电子零件予以结合导通,完成系统成品组合。

PCB之发展已数十年,然近年来,因终端产品日趋轻薄短小,加上电子组装导入无铅制程生产( Lead Free Process)后,不但回焊( Reflow Soldering)与波焊( Wave Soldering)组装温度提高,而且所增加的热应力对传统PCB潜在的影响更深远,故PCB所导致产品失效( Defect)的案例,也较转换无铅制程前更为严重。虽然许多材料供货商为克服热应力( Thermal Stress)问题而开发出了high Tg基材或改善填充剂( Filler)种类,却因而衍生出许多其他问题,如焊垫强度( Bond Pad Strength)降低、钻孔质量不佳以及阳极细丝导通( Conductive Anode Filament,简称CAF)等状况。因此PCB的可靠度(或称信赖性,Reliability)试验,再度受到高度重视。

继无铅应用上的问题外,目前各国际组织( NGO)亦积极推动产品无卤化( Halogen Free)。在必须符合无铅制程需求且达到无卤素含量要求,本公司亦开发出一套针对PC板材料特性进行可靠度验证方法,可协助客户产品进行先期可靠度承认或产品固定抽样分析。

  • 温度循环及动态低阻试验
  • 湿式与干式温度冲击试验
  • 离子迁移试验
  • 焊垫结合强度试验
  • 耐热模拟试验
  • 动态热油试验
  • CTE与Tg量测
  • 弯曲试验
  • 机械冲击试验
  • 故障分析

PCB失效分析的技术过往多仰赖研磨(Cross-section),但由于产品越趋于轻薄短小以及高层数板的架构已成主流,在分析手法上单纯仰赖研磨技 术并不足够。此外由于PCB制程拢冗长,多数在客户端使用后衍生的问题点究竟是属于组装问题或者PCB原材问题,期间的争议,从未停止过。

本 公司将先进科技应用方法带入PCB的分析使用之上,包括使用聚焦离子束(FIB、Focus Iron Ion Beam),进行微结构的分析,可避免因研磨过程产生铜的延展性,造成无法清楚澄清微小问题所在;欧杰电子(Auger),用以分析微量物质存在状况,协 助客户找出产品不良的真因,尤其对于表面处理更有效益;电子显微镜与元素分析仪(SEM/EDS),是检验黑垫(Black Pad)生成的有效工具,降低生产组装风险与早夭问题澄清等。此外,包括热应力分析仪(TMA)、原子力显微镜(AFM)等,对于PCB分析上亦有许多助 益。

本公司除提供高科技设备进行分析外,更提供专人谘询,可协助了解客户使用上的问题澄清,PCB产品改善方案等,均有相当多的实际处理经验,提供客户不同的服务咨询。

国际IPC组织于2009年中公布了新的验证办法Method 2.6.27 “Thermal Stress, Convection Reflow Assembly Simulation”,似有欲取代传统的Thermal stress T288作法。此案一出,对于系统端使用者来说是一项福音,但对于PCB供货商来还说,却是雪上加霜,且其对产品的挑战将更为严苛。

在 PCBA无铅应用上的问题尚无法达致完满时,为因应环保需求,各国际组织又积极推动无卤素(Halogen Free) PCB开发应用,对此产业来说,冲击不小。PCB属性可以在上一波的RoHS转换中避过卤素总量管制的问题,此次无卤素化对于该产业已形成一个更为明显的 冲击。

对于转型所必须因应的材料特性改变,无卤素PCB的潜在问题包括了材质变硬变脆、铜箔结合力降低导致焊垫强度 (Pad Bond Strength) 降低、材质变硬导致钻孔质量不佳、灯芯效应增强,以致阳极性玻纤束漏电(Conductive Anode Filament,简称CAF)发生时间减短、高频特性不稳定、弹坑效应(Pad Cratering)...等状况,因此在设计验证的考虑上与以往传统的做法有所不同,需要设计Test Vehicle帮助产品验证。设计的考虑上为了克服弹坑效应以及Pad结合强度问题,使用SMD design将优于NSMD design,此对于过往的PCB设计上有不同的做法。PTH Pitch与排列亦为一重要之考虑点,目的在降低CAF发生的速度。

目前本公司已开发出一套针对无卤素PCB特性之验证方法(包括协助Test Vehicle之设计),可协助客户产品进行先期可靠度承认或产品固定抽样分析,协助客户能够顺利导入产品量产。

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