在讨论可靠性的本专栏第一部分里面，我展示了当可靠性不佳时常见的PTH故障。PTH可靠性受到包括钻孔后PTH质量、镀层厚度和分布等数个因素的影响。在专栏的本篇中，我将介绍更多的因素，包括在理解可靠性故障的背景下的Coffin-Manson模型。
解释故障
很多工程师经历过这种情况：流程审核已经完成，有直接影响的人员经过了适当的培训，分析控制到位。太好了！然而，还是出现了不符合标准（IPC 6010 Series, IPC 600, IPC 610）的电路板。现在整个团队必须处理退货并找出纠正的方法。
就之前介绍过的PTH故障而言，可靠性专家一直在寻求框架和使用不同的模型来预测这些故障。其中一种流行的叫Coffin-Manson模型。此模型在通过覆铜层经过热循环疲劳断裂电阻预测出PTH出现故障所需的循环的前提下有效。对于如铜这类有韧性的材料，大部分应变是塑性应变。虽然每种材料各自的热膨胀是可逆的，但PTH铜孔的大部分塑性应变是不可逆的。
PTH就像一个铆钉，会抵抗这种膨胀，但铜孔受到应力并可能裂开，最终造成电器故障。当出现高温情况的时候应变会更加严重。可能在一个热循环中就出现故障，也可能会在数次热循环中产生疲劳裂纹出现故障。对于高宽高比的通孔在电路板制造过程（如热风焊料整平）和组装（回流焊，波峰焊和返工）中重复经受从室温到回流焊温度（220–250°C）的热冲击时，时常会遇到在10次热循环以内就产生故障的情况。尽管Coffin-Manson模型就解释故障来说非常好，但并没有考虑到一些其他的可能影响PTH可靠性的因素，包括：
图1：整平不充分导致PTH镀层过薄(来源: IPC, Bannockburn, Illinois)
• PTH镀铜分布不均
• 镀铜整平不佳导致过薄区域（图1）
• 钻孔不佳导致玻璃纤维凸出（图2）
• 树脂材料受到玻璃纤维影响
• 批次不同导致铜晶粒结构变化
• 镀铜层表面粗糙
• 不同批次，不同板之间铜延展性变化
图2：PTH粗糙或钻孔不佳。玻璃纤维突出明显。
大多数上面列举的问题都能够控制，而其他的就跟另外一些如电路板设计、树脂材料特性和铜箔厚度等因素有关。工艺设计，可靠的化学工艺和设备同样会通过各种相互作用来影响PTH的可靠性。
突出的玻璃纤维（图2）会从几个方面影响PTH的可靠性。举个例子，不良的钻孔会造成玻璃纤维束从孔壁中扯出，这些纤维束比周围高，会导致孔壁内的镀层分布不均。这些薄弱区域是会在热负荷中导致PTH故障的应力点。
图3：楔形空隙(Photo courtesy of Dr. Karl Dietz, formerly with DuPont).
图4：在经过数次指定峰值温度的热循环后出现故障的PTH镀层厚度的效果。电解铜和FR-4 170 Tg板。(来源: Printed Circuits Handbook, Clyde Coombs, 2006.)
此外，PTH可靠性的关键关注点还有楔形空隙。显然， 会导致这种缺陷的原因有数种。首先应该注意的是（虽然不是唯一的）该缺陷的根源在于B阶侧。接下来讨论的楔形空洞的产生机理会说明这类缺陷的重要性和电镀空隙的成因。
经常被忽视的产生楔形空隙的原因是钻孔操作。在钻孔的过程中，钻头的震动会在铜和电介质交界处产生细微的裂痕。当然，钻孔过程中钝的钻头，过度的芯片负载，极高的热量和低质量的进入和支持材料会增加产生楔形空洞的可能性。图3是钻孔造成楔形空洞的一个比较极端的例子，注意在孔壁上的沟和凸出的玻璃纤维束。这种类型的钻孔会产生大量的热，导致B阶和铜之间的交界处分离。覆铜层随后无法整平该楔形空洞，造成铜箔褶皱。这些铜箔的褶皱通常非常薄，因此更容易因为热应力而断裂。需要记住的是PTH中的铜层厚度是非常重要的。
总结
印刷电路制造的一体性要求工程师了解上游和下游工序的影响。
本月的专栏中强调了一个事实，当钻孔质量较差或电镀工序控制不佳时会导致铜箔厚度不足，造成长期使用可靠性不足。PCB
Michael Carano是RBP Chemical Technology科技和商务发展副总裁。想联络Carano或阅读以前的专栏，请点击这里。
