PCB

無鹵PCB板可靠度與故障分析

印刷電路板

印刷電路板( Printed Circuit Board,或稱爲Printed Wiring Board)爲電子産品之母,藉由PCB,將各種電子零件予以結合導通,完成系統成品組合。

PCB之發展已數十年,然近年來,因終端産品日趨輕薄短小,加上電子組裝導入無鉛制程生産( Lead Free Process)後,不但回焊( Reflow Soldering)與波焊( Wave Soldering)組裝溫度提高,而且所增加的熱應力對傳統PCB潛在的影響更深遠,故PCB所導致産品失效( Defect)的案例,也較轉換無鉛制程前更爲嚴重。雖然許多材料供貨商爲克服熱應力( Thermal Stress)問題而開發出了high Tg基材或改善填充劑( Filler)種類,卻因而衍生出許多其他問題,如焊墊強度( Bond Pad Strength)降低、鑽孔質量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(或稱信賴性,Reliability)試驗,再度受到高度重視。

繼無鉛應用上的問題外,目前各國際組織( NGO)亦積極推動産品無鹵化( Halogen Free)。在必須符合無鉛制程需求且達到無鹵素含量要求,DEKRA德凱開發出一套針對PC板材料特性進行可靠度驗證方法,可協助客戶産品進行先期可靠度承認或産品固定抽樣分析。

  • 溫度循環及動態低阻試驗
  • 濕式與幹式溫度衝擊試驗
  • 離子遷移試驗
  • 焊墊結合強度試驗
  • 耐熱模擬試驗
  • 動態熱油試驗
  • CTE與Tg量測
  • 彎曲試驗
  • 機械衝擊試驗
  • 故障分析

PCB失效分析的技術過往多仰賴研磨(Cross-section),但由于産品越趨于輕薄短小以及高層數板的架構已成主流,在分析手法上單純仰賴研磨技 術並不足夠。此外由于PCB制程攏冗長,多數在客戶端使用後衍生的問題點究竟是屬于組裝問題或者PCB原材問題,期間的爭議,從未停止過。

本 公司將先進科技應用方法帶入PCB的分析使用之上,包括使用聚焦離子束(FIB、Focus Iron Ion Beam),進行微結構的分析,可避免因研磨過程産生銅的延展性,造成無法清楚澄清微小問題所在;歐傑電子(Auger),用以分析微量物質存在狀況,協 助客戶找出産品不良的真因,尤其對于表面處理更有效益;電子顯微鏡與元素分析儀(SEM/EDS),是檢驗黑墊(Black Pad)生成的有效工具,降低生産組裝風險與早夭問題澄清等。此外,包括熱應力分析儀(TMA)、原子力顯微鏡(AFM)等,對于PCB分析上亦有許多助 益。

本公司除提供高科技設備進行分析外,更提供專人谘詢,可協助了解客戶使用上的問題澄清,PCB産品改善方案等,均有相當多的實際處理經驗,提供客戶不同的服務咨詢。

國際IPC組織于2009年中公布了新的驗證辦法Method 2.6.27 “Thermal Stress, Convection Reflow Assembly Simulation”,似有欲取代傳統的Thermal stress T288作法。此案一出,對于系統端使用者來說是一項福音,但對于PCB供貨商來還說,卻是雪上加霜,且其對産品的挑戰將更爲嚴苛。

在 PCBA無鉛應用上的問題尚無法達致完滿時,爲因應環保需求,各國際組織又積極推動無鹵素(Halogen Free) PCB開發應用,對此産業來說,衝擊不小。PCB屬性可以在上一波的RoHS轉換中避過鹵素總量管制的問題,此次無鹵素化對于該産業已形成一個更爲明顯的 衝擊。

對于轉型所必須因應的材料特性改變,無鹵素PCB的潛在問題包括了材質變硬變脆、銅箔結合力降低導致焊墊強度 (Pad Bond Strength) 降低、材質變硬導致鑽孔質量不佳、燈芯效應增強,以致陽極性玻纖束漏電(Conductive Anode Filament,簡稱CAF)發生時間減短、高頻特性不穩定、彈坑效應(Pad Cratering)...等狀況,因此在設計驗證的考慮上與以往傳統的做法有所不同,需要設計Test Vehicle幫助産品驗證。設計的考慮上爲了克服彈坑效應以及Pad結合強度問題,使用SMD design將優于NSMD design,此對于過往的PCB設計上有不同的做法。PTH Pitch與排列亦爲一重要之考慮點,目的在降低CAF發生的速度。

目前本公司已開發出一套針對無鹵素PCB特性之驗證方法(包括協助Test Vehicle之設計),可協助客戶産品進行先期可靠度承認或産品固定抽樣分析,協助客戶能夠順利導入産品量産。

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