FEpoxy FPTHCu FCu finish 0
Tf Tf
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快速的IST與耗時的TCT(A/A)以及TST(L/L)之比較
175 150
• TST：JESD22-A106A為兩槽式Liquid to Liquid高低溫液體中之循環 試驗，特稱為Thermal Shock Test熱震盪試驗。 • HAST：JESD22-A110B為“高加速溫濕應力試驗”(HighlyAccelerated Temperature and Humidity Stress Test)。注意此處縮寫 字與美商麥克羅泰克公司後來刻意選用HATS作為商用機器之名稱跡 近雷同。讀者請務必認清不宜混淆。 • THB：JESD22-A101B”高溫高濕偏壓試驗”(Temperature Humidity Bias Test)是在双八五環境(85℃/85%RH)與指定偏壓中觀察失效前待 測產品到底能支撐多久(例如5V/1000小時、20V/500小時、50V/240小 時、100V/168小時、100V/500小時等)，但考試板每家不同。
Y pattern
4
•
3.8.4節為「濕氣與絕緣電阻」 (Moisture Insulation Resistance;MIR),早先亦稱為“表面 絕緣電阻”(SIR)。頇按IPC-TM-650之2.6.3F 法實做，對與量產板相同材料／製程的右列考 試板，在100VDC的偏壓下檢測出失效前到底 可以支撐多久？Table 3-11分別列出四種絕緣 電阻值的及格標準。
手機板組裝焊接後盲孔與底墊之間電測出現open ，但從微切片畫面上卻看不到太大的異常
此等存活度(Survivability)之不良，為了看清盲孔與底墊兩者界面互 連的真相起見，於是又進一步利用FIB深入側切並觀察其介面之實情
從FIB搭配SEM之1500倍與4500倍畫面可見到盲孔底銅與承墊 銅面之間外觀似乎有虛陷，再從側面2000倍與30000倍放大圖 面上確實見到介面的open
就PCB而言，其可靠度可歸納為基材板與電鍍銅兩個領域；也就是考 試板所經常關注者。基材板方面目前最熱門的是CAF問題，電鍍銅 則在通孔盲孔方面兩者又有不同，其詳細內容不但非常多，而且極為 專業，需仔細深入探討。
常見單箱式TCT試驗之舉例(事實上手法很多頇按客戶要求而定)
9
PCB加速TCT試驗的兩款商用機種
3 MINUTE HEAT CYCLE FIXED
24 37 51 64 78 91 104 118 131 145 158 171 2
VARIABLE COOLING CYCLE TYPICALLY 2-3 MINS.
15
28
41
54
67
80
93
106 119 132 145
CYCLE TIME IN SECONDS
Failure image after IST Results available after several days(~ 288 cycles/day)
Failure image after TCT Results available 23 after several weeks(~ 24 cycles/day)
板材的Z-CTE(Tg以下約50ppm/℃，Tg以上約250ppm/℃ 遠高於孔銅(17ppm/℃)與ENIG(1~2ppm/℃)
PCB components are treated as a system of coupled springs. The system settles at the point of equilibrium of forces. T0
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各級可靠度之定義與規範所要求之測試
Burn In Useful Life Wear Out
Failure Rate
Time Quality Manufacture SPC Infant Reliability ESS, IST Conventional Reliability S/F, L/L, IST, A/A Long Term Reliability CAF, IST, A/A Ultra High Reliability Field
Comparison of IST (230C) Vs IR Oven (210C) Preconditioning Profiles 300
230C - 4 Min Oven Profile
250
Temperature - Degrees C
2 per. Mov. Avg. (Oven Profile)
• 通常在規範訂定或客戶指定的手法下，試圖找出完工板 的可靠度到底如何？也希望能進一步比較出各種板材、 製程與參數的優缺何在？並得知品質改善的量化數據。 • 簡言之就是利用各種加速老化的手法，例如高溫、高溼、 高電壓在循環式或連續式考驗中透析出PCB忍耐能力的 極限，並對其改善體質過程中提供參考指標。
TEMPERATURE CHANGE IN DEGREES C
130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 11
ACTIVE "POWER" CIRCUIT
FORCED AIR COOLING
PASSIVE "SENSE" CIRCUIT (PTH VIA'S)
三缸水平快鍍銅(80ASF)，為了同時也鍍深通孔而採用了太強的反脈 衝供電下，不但造成盲孔的惡劣柱狀結晶，而且低電流處非常鬆散容 易拉斷，幸好通孔目前還平安無事
羅門哈斯自08年10月推出新一代EVF製程以取代舊式的VFN 製程，在25ASF下的VCP中確已展現良好的性能，號稱盲孔 填銅與通孔鍍銅可以同時進行，對高階NB非常有利
6
存活能力與可靠度之定義(浴缸曲線)
存活度 常規可靠度 穩定期(正常使用期) 耗損期
早夭期
Normal Useful Life 使用時間 Reliability is the probability that an item will perform its intended function for a specified time interval under stated conditions200来自15010050
0
2
23
44
66
87
108
129
150
172
193
214
235
256
277
299
320
341
362
383
405
426
447
Time in Seconds
468
從材料學觀點可分為脆性(Brittle)材料與塑性(Plastic)材料， PCB應歸屬於後者，多項品目中以韌性(Toughness)最為重要
5
•JEDEC 對封裝載板可靠度的檢驗
• JEDEC原為美國電子工業協會EIA之下屬團體，現已獨立出來成為IC 封裝業的專門組織，曾就有機IC載板與半導體成品之品檢與可靠度試 驗訂定許多規範。下列四項即為常見可靠度檢驗規範。
• TCT：JESD22-A104C為兩箱式Air to Air溫度循環試驗(Temperature Cycling Test)，共有10種高低溫匹配與4種留置時間Cycle Time(1、5、 10、15分鐘)的級別對應，以供用戶參考。
電路板可靠度之檢驗
TPCA 資深技術顧問 白蓉生
2008.12.05五編 2008.12.12六編 2008.12.23七編 2009.01.15八編 2009.06.10九編
1
內容概要
1. 規範中對PCB可靠度的要求...........P.3~P.8 2. IST試驗的原理與TCT的比較........P.9~P.28 3. IST試驗手法與評鑑.......................P.29~P.40
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IST試驗曲線(前處理試驗加上主試驗)與現場回焊曲 線，TCT試驗以及漂錫試驗等之比較
IST Precondition Solder Float Reflow Oven
IST Test
Thermal Cycling Oven
時間
IST前處理試驗可視為組裝現場焊接工程(兩次回焊 + 一次重工)之模擬，也就是對起碼存活度的評估
類似盲孔焊接後自底墊的拉脫，若更為明顯鴻溝者， 且微切片之機械研磨尚未拖填蓋滿時，則仍可看見
1000x
2000x
2000x
2000x
此種增二後鍍銅附著不牢的失效，可明顯看出是前處理微蝕活化之不 良所致，翻閱自動記錄後竟然發現微蝕槽三組泵浦中有兩組失效了
此組微切片分析是針對Cu-18的盲孔三缸水平快速鍍銅與一層VCP慢 鍍銅的試樣所做，但已可明顯見到不良柱狀與固體粒子的包夾
•
3.10.8為熱震盪(Thermal Shock)兩箱式之 檢驗，現場應根據IPC-TM-650之2.6.7.2B 法(見右表傳統FR-4所用條件)。執行檢驗 後各通孔劣質性電阻增大之變化不可超過 10%，且切片品質還要通過表3-6之規定。 其實這就是封裝業JEDEC的另類說法「溫 度循環試驗」(TCT)，或日本業界習慣稱 呼的“冷熱衝擊試驗”。由於此等常規 TCT非常耗時，目前業界已逐漸採用IST 與HATS兩種快速商用專機的替代做法了。
4. IST試驗後的微切片判讀................P.41~P.66
5. 失效模式說明與案例分析..............P.67~P.80
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HALT對PCB可靠度之評估
• 完工板之可靠度(Reliability)得通過各種“高加速壽命試 驗”(Highly Accelerated Life Test; HALT)多類手法進行 評估與比較。一般而言，此等試驗與允收只是在資格認 可(Qualification)的考試板上執行。 • HALT只是一種邏輯性的概念，希望在刻意加設的溫度 (T)、溼度(H)與電壓(偏壓Bias)條件，以及持續變化的特 定環境中，讓PCB不斷受到折磨而出現質變與劣化。