PCB已發展數十年, 2006年時因應電子產品組裝導入無鉛製程生產( Lead Free Process)後,把回焊( Reflow Soldering)與波焊( Wave Soldering)組裝溫度提高,而所增加的熱應力對傳統PCB潛在的影響更深遠,故導致系統產品失效( Defect)的案例,也較轉換無鉛製程前更為嚴重;雖然許多材料供應商為克服熱應力( Thermal Stress)問題而開發出了High Tg基材或改善填充劑( Filler)種類,但也因此而衍生出許多其他問題,如焊墊強度( Bond Pad Strength)降低、鑽孔品質不佳以及陽極細絲導通( Conductive Anode Filament,簡稱CAF)等狀況。因此PCB的可靠度(Reliability)試驗,再度受到高度重視。
繼無鉛製程導入後產生的問題外,目前各國際組織亦積極推動產品無鹵化( Halogen Free)材料, 以響應環保。在雙重要求下,PCB廠商必須符合無鉛製程規格,同時也得達到無鹵素含量要求,鑑於此一情況,德凱宜特秉持著夥伴精神,開發出一套針對PCB材料特性的可靠度驗證方法,可協助客戶產品進行前期的可靠度驗證或產品量產後的固定抽樣分析。
無鹵素PCB之服務專案
- 溫度循環試驗及動態低阻試驗
<IPC-TM-650 2.6.6 建議條件>
- 濕式與乾式溫度衝擊試驗
TST試驗可分為液槽式與氣槽式兩類,均為雙槽模式。所謂的雙槽系指冷槽與熱槽分開,透過樣品之移動達到駐留,此駐留時間包含轉移時間,待測樣品必須於兩分鐘內達到要求之試驗溫度。依據IPC-TM-650 2.6.7中建議試驗條件,FR4材料使用condition D,而FR5材料使用condition E,總試驗循環數依IPC規範建議至少100 cycles。對於本試驗用之PCB,可採用雛菊鏈(Daisy Chain)設計,亦可採用實際產品板進行試驗。使用Daisy Chain設計,有助於減少樣品數量並可觀察到較完整的現象,對於新供應商之驗證上更有幫助。
<IPC-TM-650 2.6.7 建議條件>
- 離子遷移試驗
ECM主要是透過金屬解離後游離至另一極性,並產生金屬沉積造成的dendrite導致短路,或透過生成金屬化合物游離透過PCB內層延長至另一導通點,兩者之差異主要為反應方程式的不同,發生的位置可分為PCB表面與內部。發生於表面時,其試驗方法稱為表面絕緣電阻試驗( Surface Insulation Resistance,簡稱SIR);發生於表面與內部間或者內部與內部時,則稱為陽極細絲導通( Conductive Anode Filament,簡稱CAF)。 對於本試驗用之PCB,一般採用梳型電路(comb design)設計,亦可採用實際產品板進行試驗。使用梳型電路設計,有助於減少樣品數量並可觀察到較完整的現象,對於新供應商之驗證上更有幫助。
無鹵素材料的CAF試驗結果普遍較傳統FR4材料或High Tg FR4來得差,主要因素為材料本身的特性以及其對PCB壓合,鑽孔製程品質影響甚大,造成CAF的風險更加嚴重。
<即時監控電阻值變化>
- 焊墊結合強度試驗
<板材變更後常見的焊墊抗裂的現象>
而IPC-9708因此孕育而生,但此項試驗並無允收規格,常是以樣品測試值的標準差或者Cpk來觀察品質穩定度,亦可藉由歷史資料比對結果。對於無鹵素材料來說,文獻紀錄均以傳統的Peeling Test作為觀察,認為其接合強度較典型FR4差。然而,從焊盤強度測試中觀察到的測試結果與剝離測試沒有正相關。
<IPC-9708三種評估焊墊坑裂的方式>
- 耐熱模擬試驗
<IPC-TM-650 2.6.27 回焊模擬測試建議條件>
- CTE與Tg量測
<熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion)>
- 彎曲試驗
以攜帶型產品而言,常用的彎曲試驗為Cyclic Bending,目的是為了模擬產品使用時受到彎曲應力持續作用下,造成材料的疲勞問題。另外,對於此PCB可搭配零件同時進行,可觀察PCB於受外力時,因本身所產生的應變( Strain)對於零件焊點的影像,典型的問題如Pad Peeling或者Pad Cratering等現象均可由此方法呈現。此外,利用單次持續彎曲,可看出因無鹵板材硬度高,透過Daisy Chain監控下,在相同的彎曲程度下,其所發生的不良數量較傳統使用的high Tg FR4明顯高了許多。
<無鹵PCB與FR-4彎曲試驗比較>
- 機械衝擊試驗
- 失效分析
<陽極細絲導通(CAF)>
本公司目前對於PCB靠度試驗,依據IPC-TM-650 主要類別,區分為化學性試驗、機械應力試驗、環境/可靠度試驗與SMT組裝模擬等,除可協助客戶進行一系列的試驗外,並提供相關技術諮詢與失效分析服務。
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