IST互連應(yīng)力測試系統(tǒng)

前言：IST測試作為印制電路板通孔和互連可靠性的檢測手段，興起于 19 世紀(jì) 90 年代。在此基礎(chǔ)上，提出了一種用于觀察通孔溫度熱應(yīng)力可靠性的重要數(shù)據(jù)分析方法。IST測試及相關(guān)數(shù)據(jù)分析方法，主要聚焦于封裝和返工過程中通孔壽命的消耗情況，同時涵蓋無鉛焊和共晶焊的比較，并進(jìn)一步對產(chǎn)品在使用過程中的壽命進(jìn)行預(yù)測。

IST 互連應(yīng)力測試系統(tǒng)是用來進(jìn)行IST測試的重要設(shè)備。

 一、IST互連應(yīng)力測試概述

 （一）測試原理

此項(xiàng)測試測量PCB板通孔孔壁和孔和內(nèi)層連接在熱循環(huán)下的電阻的變化，應(yīng)用特定設(shè)計(jì)的測試COUPON進(jìn)行相應(yīng)的測試。該測試技術(shù)通過在特定的科邦的內(nèi)層和通孔的連接回路上通3分鐘的直流電，使被測COUPON測試區(qū)的溫度升溫至設(shè)定的溫度，該溫度略高于生產(chǎn)材料的Tg溫度。測試采用直流的通斷使測試COUPON從室溫達(dá)到設(shè)定溫度，在溫度變化下對被測COUPON進(jìn)行抗疲勞測試，加速潛在問題的發(fā)生。測試通過的循環(huán)測試為生產(chǎn)出成品的性能決定。互連應(yīng)力測試是測試PCB的互聯(lián)可靠性的一種測試方法。通過在特殊設(shè)計(jì)的PCB孔鏈或線路上施加一定的直流電流，持續(xù)一段時間，電流產(chǎn)生熱量，傳導(dǎo)到孔附近的基材，基材受熱膨脹，Z方向尺寸變大，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力作用于孔上下焊盤之間。然后停止加熱并對PCB測試樣品進(jìn)行冷卻，完成一次加熱和冷卻循環(huán)，循環(huán)進(jìn)行該操作，當(dāng)PCB的孔互聯(lián)可靠性不良時，膨脹應(yīng)力會導(dǎo)致孔互聯(lián)斷裂，從而檢測出孔的互聯(lián)可靠性。

 （二）與經(jīng)典測試方法相比的優(yōu)點(diǎn)

1. 設(shè)備體積小，無需輔助設(shè)施

l 摒棄龐大復(fù)雜的氣體加熱和制冷系統(tǒng)，加熱采用電流注入，冷卻采用室溫風(fēng)扇冷卻，無需冷卻水、壓縮空氣等輔助設(shè)施。

2. 速度快

l 加熱采用電流注入方式，樣品數(shù)分鐘內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度，冷卻至室溫也只需數(shù)分鐘，4 - 6分鐘即可完成一次加熱和冷卻循環(huán)。

3. 溫度準(zhǔn)確

l 每個測試樣品的每個測試通道在測試過程中實(shí)時進(jìn)行溫度測試和計(jì)算，能準(zhǔn)確達(dá)到設(shè)定溫度。

 二、IST互連應(yīng)力測試系統(tǒng)介紹

 （一）系統(tǒng)基本信息

l  符合標(biāo)準(zhǔn)：IPC-TM-650 TEST METHODS MANUAL2.2.26 DC Current Induced Thermal Cycling Test。

“Scope :These methods determine the physical endurance of representative coupons of printed boards to a series of high temperature excursions from ambient. The temperature excursions cause thermo-mechanical fatigue of the electrical interconnect structures.

The test coupon is resistance heated by passing DC current through the coupon to bring the temperature of the copper to a designated temperature. Switching the current on and off creates thermal cycles between room temperature and the designated temperature within the sample. The laminate and surrounding materials are heated to different extents depending on the thermal conductivity of the materials. The thermal cycling can accelerate latent interconnect anomalies to failure.

The number of cycles achieved permits a quantitative assessment of the performance.”

 （二）設(shè)備特點(diǎn)

1. 可靈活選擇的測試位數(shù)

l 根據(jù)用戶選擇的不同配置，系統(tǒng)可提供8測試位。

2. 1個H加熱端通道和2個L受熱端通道

l 每個測試位提供1個H加熱端以及2個通道的L受熱端。

3. 模塊化結(jié)構(gòu)

l 易于擴(kuò)展，易于進(jìn)行故障定位和維修更換。

4. 校正功能

l H加熱端以及L受熱端的電阻測試均可以進(jìn)行校正，保證測試結(jié)果準(zhǔn)確性。

5. 分層測試模塊（選配）

l 可檢測樣品經(jīng)過測試后是否發(fā)生分層。

6. 失效分析模塊（選配）

l 可選擇熱盤失效分析模塊或紅外熱像分析模塊，方便完成測試后對樣品測試鏈中的失效孔進(jìn)行根本原因分析。

7. 系統(tǒng)自我檢查

l 具備完善的系統(tǒng)自我檢查功能，用戶可進(jìn)行系統(tǒng)測試和功能的自我檢查，保障系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行。

8. 測試數(shù)據(jù)和狀態(tài)清楚展示

l 測試結(jié)果以表格、圖形等多種形式顯示，實(shí)時更新顯示各樣品的電阻、溫度以及測試狀態(tài)等信息，測試進(jìn)度和各通道測試結(jié)果一目了然。

9. 測試數(shù)據(jù)自動保存

l 測試系統(tǒng)可自動保存測試數(shù)據(jù)，每一次測試數(shù)據(jù)在無人干預(yù)下實(shí)時自動保存，避免因斷電、停機(jī)、計(jì)算機(jī)錯誤以及用戶錯誤操作或關(guān)閉軟件導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。

10. 多功能測試數(shù)據(jù)分析軟件

l **的多功能測試數(shù)據(jù)分析軟件，用戶可隨時調(diào)入測試數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和分析。

11. 一鍵輸出測試報告

l 測試完成后，用戶可自由選擇樣品信息、測試設(shè)置以及各種測試數(shù)據(jù)圖表結(jié)果，一鍵導(dǎo)出測試報告。

 （三）產(chǎn)品規(guī)格

 三、IST測試的實(shí)際應(yīng)用。

 （一）應(yīng)用案例

SUN公司（已被甲骨文收購）的應(yīng)用。

SUN公司在SunFireTM服務(wù)器生產(chǎn)線原型發(fā)展過程中**利用IST試驗(yàn)。

針對其CPU主板（26層，有埋孔和盲孔等）進(jìn)行IST測試，早期使用不同封裝預(yù)處理?xiàng)l件，后標(biāo)準(zhǔn)化為在230℃進(jìn)行6次預(yù)處理，之后在150℃進(jìn)行循環(huán)次數(shù)超過500的失效測試。

（二）試樣的選擇

IPC-TM-650 2.2.26試樣的選擇

 （三）測試條件及結(jié)果

1. 測試條件

典型的IST測試循環(huán)包括一個3分鐘從環(huán)境溫度升到峰值溫度的斜線，當(dāng)峰值溫度達(dá)到時，關(guān)閉加熱器，同時打開風(fēng)扇，在2分鐘內(nèi)將測試樣品冷卻，重復(fù)該循環(huán)。

在230℃和260℃測試時，IST測試板從環(huán)境溫度到相應(yīng)溫度循環(huán)直到失效；在130℃、150℃和170℃測試時，IST測試板首先完成從環(huán)境溫度到260℃的循環(huán)2次，然后在相應(yīng)溫度循環(huán)直到失效。

2. 測試結(jié)果

通過不同溫度下的測試得到了IST失效循環(huán)次數(shù)等數(shù)據(jù)，如不同鉆孔孔徑、填充孔和非填充孔的測試板在130℃、150℃、170℃、230℃和260℃下的IST失效循環(huán)次數(shù)不同。這些數(shù)據(jù)可用于分析過孔壽命和溫度應(yīng)力之間的關(guān)系等。