互连应力测试原理

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1、互连应力测试（IST）原理2009-7-20作者:章敏　　摘　　要:在PCB制造过程中，对PCB内部应力测试是衡量其可靠性和质量好坏的一个关键而重要的因素。传统已经普及的测试方法有过回流、冷热循环及过波峰焊等，IST测试与其不同之处在于这种测试对电路板品质能够在较短的时间内洞察可能的失效模式，快速而准确地做出评估，直观而客观。同时IST机能够在线全程记录过程数据，随时监控每个过程循环的状态，做到有据可查且数据唯一。本文主要就IST的测试原理以及如何实现测试进行介绍。　　关　键　词：IST失效孔内层互连　　一、IST测试原理介绍　　

2、1.1IST测试附连扳　　根据IPC-TM-650，IST测试技术通过在特定的附连扳内层和通孔的连接回路上通3分钟的直流电，使被测COUPON测试区的温度升温至设定的温度。测试采用直流的通断使测试COUPON从室温达到设定温度，在温度变化下对被测Coupon进行抗疲劳测试，加速潜在问题的发生。IST建立一个热循环系统，并作用在一种特殊的试样上，同时监视金属化孔（PTH）和内部互连线路（Post）的电气完整性。试验通过循环测试为生产出的成品性能作一个鉴定。进行IST测试需要设计特定线路连接的IST测试附连扳。　　图1为IST附连扳的

3、外观图，图2所示为附连扳的内部构造。从图2中可以看到IST科邦拥有比较复杂的内层线路设计。附连扳中含有两条独立的线路，一条线路用于接受直流电流并产生热量（称为P端），另一线路接受P端传导的热量（称为S端），同时可以用来决定和监控附连扳温度。P端的内层连接线路与S端的内层连接线路是平行连续且相互交迭的。这种菊瓣状的设计使内部热的传输良好，且热传导的均匀性良好，使测试效果更为准确。　　1.2IST测试失效机理　　IST对P端施加电流，产生的热量传导至S端，附连扳的特殊设计为热量的传导提供了有力的保障，此过程中材料的受热膨胀能够拉动金属

4、化孔的胀缩，通过这种胀缩疲劳看金属化孔质量的变化，从而衡量过程品质的好坏。图3为IST测试过程中存在的金属化孔随着材料胀缩的示意图：　　从图片中可以看到，通孔、埋孔及盲孔处都会发生应力的变化，若这种不断的应力变化在规定的循环次数之内导致孔壁出现孔壁裂缝，层间分离及其他可见缺陷到一定程度时，认为该附连扳失效，也就意味着对应板的可靠性值得怀疑，同时也反应了过程中的控制不到位。　　二、IST测试的实现　　2.1IST测试如何实现热转换　　IST测试过程中主要靠加电流产生热量，机器自动找到适合于附连扳3分钟之内将P端加热到某设定温度的电流

5、，S端接受P端传导的热量，若需要降低温度，机器在切断电流情况下使用特制风扇保证3分钟将温度降低至到室温。为了保证此效果，机器有健全的控制系统。同时由于P端直接接受直流电流使其热量足以传导至S端，并且达到某温度，为了实现以上要求，机器要求P端的室温电阻值范围在150mohms2ohms。P端超过此范围的科邦测试将导致机器系统无法正常工作，很难将测试进行下去。由于P端本身电阻值较小，为了电阻测量的准确性，机器采用4线制测量方法。　　2.2IST如何实现失效判定　　当附连扳由于某种原因失效其客观现象表现可能为孔壁裂痕、层间分离、孔口断裂

6、等，如下图这样的现象出现都将导致微观上的电阻变化，IST测试就是通过电阻的实时监控来判断失效与否。那么究竟电阻变化多少将认为IST附连扳失效呢？目前IPC给出的建议标准为10%,但实测过程中可以根据板的附连扳进行标准值的设定。　　当有失效发生之时，IST测试系统界面将会实时记录附连扳电阻的变化情况，P端及S端都可能引起失效，但由于P端和S端是两个孤立的电流网络，P端直接接受系统的直流电流，S端接受P端传导的热量，因此P端的失效与S端的失效所表现的现象是有一定区分和规律的。P端通直流电流，它与内层关联，若P端出现失效，电阻的变化多数

7、与内层连接如蚀刻特性有关，图7所示的层间分离常常是通过P端的失效发现的。若S端失效，其电阻变化多数与金属化孔的电镀质量有关。如图4、5、6所示。　　另外IST测试系统将有自动监控显示电阻值的变化，当电阻值的变化达到设定值的时候，此附连扳的IST测试停止，而其他未失效的附连扳将继续进行测试。　　2.3IST如何找到失效原因　　当失效产生之后，将失效科邦进行红外扫描，找到失效点切片进行分析。如图8所示。　　三、IST测试所适用的板特征　　在IPC的规定当中，IST有效的测试范围一般为下表1。在实际应用过程中，若要保证操作系统能够运行必

8、须保证所测IST的P端电阻保持在150mohms-2ohms之间。有些厚铜箔板及背板由于其铜厚较厚同时孔较大，电阻很难控制，以至找不到合适的电流进行测试。因此要进行IST的测试，需要选择合适的科邦。　　同时在进行IST测试之前，需要检查IST附连扳