印制電路板熱油試驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)

卜宏坤 徐永法 劉立國（江南計(jì)算技術(shù)研究所印制板質(zhì)量檢測(cè)中心，江蘇 無錫 214083）

在印制電路板的質(zhì)量檢驗(yàn)中，熱應(yīng)力試驗(yàn)因其操作簡(jiǎn)單、成本低，并能快捷地暴露出一些制程質(zhì)量問題，因而成為行業(yè)內(nèi)最常用的檢驗(yàn)手段之一。在本文中，我們首先介紹了熱應(yīng)力試驗(yàn)方法的種類，然后選取熱油試驗(yàn)方法的具體案例，系統(tǒng)地介紹了試驗(yàn)的整個(gè)過程，以指導(dǎo)檢驗(yàn)人員對(duì)印制板的白斑、起泡、分層等質(zhì)量情況作出正確評(píng)價(jià)。

1 熱應(yīng)力試驗(yàn)方法種類

熱應(yīng)力試驗(yàn)是使物體急劇加熱和冷卻，在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱交換，因溫度發(fā)生劇烈變化而產(chǎn)生的應(yīng)力作用。熱應(yīng)力試驗(yàn)在各種標(biāo)準(zhǔn)中的名稱有所不同，我國國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)原稱為“熱沖擊起泡試驗(yàn)”，ASTM和NEMA標(biāo)準(zhǔn)中則稱“耐浮焊性”，JIS標(biāo)準(zhǔn)稱“耐焊接熱”。在GB/T4677-2002《印制板測(cè)試方法》中包含了多種試驗(yàn)方法，其試驗(yàn)條件、質(zhì)量評(píng)價(jià)歸納起來可見表1。

2 印制板的熱油試驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)

表2列出了三種標(biāo)準(zhǔn)中熱油試驗(yàn)的方法，同采用錫鉛焊料的?。ń┖阜椒ㄏ啾?，其試驗(yàn)后利于對(duì)印制板表面、孔質(zhì)量的目檢觀察，另外還可對(duì)試驗(yàn)前后的孔電阻或?qū)w互連電阻作出評(píng)價(jià)，因此在如航空航天等條件比較嚴(yán)酷的行業(yè)中常常會(huì)采用多次冷熱油循環(huán)沖擊的方法對(duì)產(chǎn)品可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 熱油試驗(yàn)案例

為了更好的使檢驗(yàn)人員掌握熱油試驗(yàn)和樣品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，下面我們以QJ831A-98/QJ832A-98標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行案例的介紹。

3.1 熱油試驗(yàn)準(zhǔn)備

委托方需要對(duì)圖1所示的二種印制板按QJ831A-98/QJ832A-98方法進(jìn)行全板的耐熱性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，并要求在10個(gè)冷熱循環(huán)后測(cè)量試驗(yàn)前后（a）板的互連電阻變化、（b）板的孔電阻。確認(rèn)要求后，試驗(yàn)前首先進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作：

表1 熱應(yīng)力試驗(yàn)方法

表2 三種標(biāo)準(zhǔn)的熱油試驗(yàn)方法比較

圖1 試驗(yàn)樣品板

（1）樣品準(zhǔn)備：抽取（a）、（b）樣板各3塊，選好待測(cè)（a）板的互連電阻網(wǎng)絡(luò)，（b）板的待測(cè)鍍覆孔。

（2）試驗(yàn)前，為了除去濕氣，將（a）、（b）樣板在120 ℃～140 ℃下處理6 h，處理之后，把試樣放在干燥器的陶瓷平板上冷卻到室溫。

3.2 儀器及熱油要求

依據(jù)試樣的尺寸和確定的試驗(yàn)條件，選擇能滿足試驗(yàn)要求油槽，特別要注意熱油溫度的均勻性和穩(wěn)定性，可以選用自動(dòng)冷熱循環(huán)的雙缸耐熱油槽，也可以使用兩個(gè)單缸油槽進(jìn)行手工操作，例如圖2中列出的試驗(yàn)油槽。

圖2 熱油試驗(yàn)油槽

試驗(yàn)應(yīng)使用硅油或等效液體，沸點(diǎn)要求高于300 ℃，分解溫度高于250 ℃，具有良好的導(dǎo)熱性和抗氧化性。

3.3 試驗(yàn)過程

（1）冷熱油槽中加注硅油，其液面高度最好應(yīng)達(dá)到40 cm（至少大于25 cm），加熱熱槽至260 ℃并保持；

（2）測(cè)量（a）板的互連電值阻、（b）板的孔電阻值；

（3）將試樣在夾具中放好，在260 ℃與室溫油槽之間循環(huán)往復(fù)10次，保持時(shí)間均為10+1-0S，油溫高時(shí)有油煙產(chǎn)生，注意要有排風(fēng)設(shè)施；

（4）循環(huán)試驗(yàn)完成后，試樣從熱油中取出冷卻，用異丙醇清洗后吹干；

（5）試驗(yàn)完成后，測(cè)量（a）板的互連電值阻、（b）板的孔電阻值。

3.4 試驗(yàn)質(zhì)量評(píng)價(jià)

（1）分別對(duì)3塊（a）、（b）樣板進(jìn)行目檢，（a）板均無異常，（b）板如圖（3）所示，存在阻焊膜起泡現(xiàn)象。

圖3 （b）板阻焊膜起泡現(xiàn)象

（2）對(duì)（b）板鍍覆孔電阻進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表3所示，從表中可以看出，熱油試驗(yàn)前后的孔電阻變化雖均未超過10%，符合QJ 831A-98標(biāo)準(zhǔn)的要求；但一些測(cè)試點(diǎn)的阻值有了明顯變化，應(yīng)引起足夠重視，最好對(duì)這些鍍覆孔進(jìn)行金相切片檢查。

表3 熱油試驗(yàn)前后金屬化孔電阻值

（3）（b）板鍍覆孔金相切片檢查

從圖4鍍覆孔的金相圖片中可以看到，如果鍍覆孔測(cè)試點(diǎn)的阻值有異常時(shí)，其孔壁可能存在裂紋。因此，可以采用繼續(xù)增加循環(huán)次數(shù)或金相切片的方法進(jìn)一步查找潛在缺陷，以確保產(chǎn)品的可靠性。

圖4 （b）板鍍覆孔的金相圖

（4）對(duì)試驗(yàn)后的（a）板互連電阻進(jìn)行測(cè)量，其阻值變化均小于2%，對(duì)（a）板互連網(wǎng)絡(luò)中的通孔進(jìn)行金相切片檢查，圖片如圖5所示，其孔連接可靠。

圖5 （a）板鍍覆孔金相圖

4 結(jié)論

隨著電子產(chǎn)品對(duì)印制板耐熱性要求的不斷提高，如熱油試驗(yàn)、浮（浸）焊、手工焊接等熱應(yīng)力試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法在印制板生產(chǎn)中會(huì)得到更廣泛的采用。因此，理解掌握好相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方法，會(huì)幫助檢驗(yàn)人員對(duì)產(chǎn)品作出正確的質(zhì)量評(píng)價(jià)。

[1]辜信實(shí). 印制電路板用覆銅箔層壓板[M].

[2]IPC-TM-650《試驗(yàn)方法手冊(cè)》.

[3]GB/T4677-2002《印制板測(cè)試方法》.

[4]QJ832A-98《航天用多層印制電路板試驗(yàn)方法》.