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多层电路板的应力及环境测试

  多层电路板的信赖度,会因使用环境的变化而劣化,超过允许范围就会故障。而环境条件中,又以热及湿度的影响最大。电路板制作完成后所受的应力,一般最常见的是热应力。由于电子零件组装日趋繁复,表面黏着组装时常必须做两次甚至更多次,所以会受到超过两次以上的热冲击应力。最近由于无铅焊锡的导入,重熔(Reflow)的温度势必提高,因而材料特性也受到严苛的考验,对电路板信赖度的影响就更须重视了。

  另外在电子元件作业时,必然会因作业而散发出热量。对高功率的元件,一般都会设置冷却机构,但对略小功率者就未必如此。这些因素对信赖度的影响,在探讨时也必须加以考虑。

  至于湿度的影响,一般最怕的是组装前的湿气吸收,其中尤其是电路板成品的包装运送最容易发生问题。近年来较高阶的产品不但有真空包装,较精细者甚至使用防静电等不同的包装材作包装,这样的问题确实减少。至于操作中的电路板,一般对于环境湿度较高的场所会要求设备配置空调设施,否则设备停机或开启程序所造成的温湿差异可能会产生结露的问题,进而对信赖度产生影响。

  在这些应力及溼度的影响下,如何使电子设备仍能顺利的运作并延长寿命,就有赖于信赖度提升方面的工程努力。依据以往经验,电路板的信赖度问题几乎都源自于制造程序所发生的潜在缺陷,因此这方面的问题特别值得重视。

  印刷电路板的信赖性,主分为导通、绝缘两类信赖度。对这两类长时间受到热应力及湿度影响,所产生的信赖度问题,其主要的影响如表1所列。

  表1印刷电路板的信赖性

  由于潜在缺点的呈现时间拖延较长,因此多数的信赖度实验都采用加速加强的方式以期缩短时间模拟出可能发生的状况,这些测试的方法及规定随产品及各地规格而有所不同。例如:IPC-TM-650就是一系列测试方法的规范,但对某些特定的测试仍必须业者自行规划。对导通信赖度的试验,以热冲击试验较具代表性,试验中以低温及高温间定时移动循环冲击,借以测试电路板的导通信赖度。一般进行的方式以热媒油作液相测试,测试的标准依业者希望的方式作业。在试验温度选择方面,温度范围以高温250、150、125°C较常被采用,低温方面则有-65、-60、-40°C者,操作温度及停滞时间依产品及公司而不同。

  绝缘信赖度测试必须在有水气的状态下作业,主要是模拟电路板吸湿后对绝缘性的影响,因此被称为加湿绝缘试验。由于电路板加湿后不但金属离子可以有迁移的媒介,电路板结构也会因为水气的液态与气态间的变化而产生破坏应力,近来电路板在半导体类封装板的产品就常使用HAST(High1yAcceleratedTemperature&HumidityStressTest)往129这样的温湿热循环试验,加速电路板的老化及应力反应,以快速验证产品的信赖度。常用的加湿试验多在85°C;85%KH下进行,试验时间依需要而定,常见的规格是700〜1000小时左右。

  蒸气锅测试PCT(PressureCookerTest)是在饱和水蒸气下的高温试验,此测试对塑胶基材来说相当严苛。目前的一般电路板材料多数都很难通过此项考验,幸好不少的使用者也认同PCT对塑胶基材而言要求过苛,因此近来多所修正并不强求。

  环境测试为抽样破坏性检查,缺陷的解析十分重要,尤其对制程改善及材料选用有反馈的必要性。因此对信赖度测试的案例多作了解,有助于长期的制

  程解析及质量改善电路板的导通信赖度,主要着重在多层板的镀通孔、增层板的微孔立体连接或是线路连接完整性上。

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