有时候PCB工程师和质检管理人员会对可靠性是由什么构成的感到困惑。有人说，可靠性是指避免如角裂纹或互连缺陷等PTH故障，也有人使用更加广泛的故障标准以确定最终产品是否能够在长期工作中保持可靠。无论如何，术语“可靠性”可以被定义为：
“正常工作的产品在指定时间内的工作环境下还能工作的概率。”
对于印刷电路板，最大的问题是受温度影响而导致的故障。温度造成的故障最终会导致PTH故障，包括：
- 内层分离（ICD）
- 箔裂纹
- 孔裂纹
- 角裂纹
以下图1是由温度引起的PTH失效的示意图
当印刷电路板受到热负荷时（焊接，热循环等）PTH在Z轴方向受到应力。这种应力主要是由于温度变化时PCB中所使用的树脂与PTH的CTE（热膨胀系数）不同而造成的。树脂由于使用了玻璃增强，其在X和Y方向上的膨胀受到限制。然而不幸的是因为X和Y方向受到制约，Z方向则没有受到足够的限制。其结果是树脂在Z方向的膨胀会远远超过其他方向。电镀通孔在这些情况下受到明显应力。由于这种情况，电镀铜到内层的连接之间应力非常严重。如果应力足够大，铜与内层连接可能会分开导致ICD（互连缺陷）。此外，如果铜到内层的连接足够坚固不分离，则大部分的应力和应变的将通过PTH孔重新分布，导致孔开裂。
图1：PTH孔故障机理（来源：Coombs’ Printed Circuits Handbook, 59章, 2006）
图2：由于热循环造成的PTH孔断裂。 图3：内部互连损坏
注意覆铜层（IPC 9121）到内层连接是完好的。
更进一步来说，可以推测出热冲击和热循环造成的故障是有层次结构的。根据PWB Inter-connect Solutions的Bill Birch所描述的：“内部连接故障的层次结构在确定铜箔（或柱内部互联）是显性还是隐性故障机制中起到重要作用。“
因此，应力通过PTH孔转移，使故障的可能性更大。再看另外一种情况，图3展示了第二种故障模式，ICD。在这种情况下，覆铜层与内部互连的粘接剂不够坚固。这种情况下最薄弱的是铜与铜之间的连接。这里包括几个可能性最大的原因：
- 柱互连电镀铜厚度过厚
- 柱互连表面有钻屑
- 钯催化剂停留时间过长
- 铜沉积晶粒结构不良导致应力
- 电镀施工总体不良
- 镀铜溶液不符合规范
PTH的应力和应变
大多数矩阵结构有机树脂基片材料是高度各向异性的，其在高于玻璃转化温度Tg时,总厚度（Z）方向的热膨胀系数远高于织造基质布（电路板的X和Y方向）。因为在高于Tg时热膨胀系数急剧攀升，过激的热循环可导致Z方向产生严重应变并最终作用在PTH上。
图4：基本相同的Tg和不同的Td两种树脂系统IST对比
这造成了更多关于无铅组装的担忧。与传统的铅锡组装相比，无铅组装过程的多个循环中，更高的峰值回流温度（245–260°C）会造成更严重的PTH热应变。此外，选择用于制造PCB的层压树脂材料也可能促成PTH故障，原因是其Td（分解温度）属性。Td分解温度不同于Tg，指的是树脂材料重量损失5%或以上时的温度。重量损失可能会对PTH的性能和可靠性有负面影响。笔者认为，对于高可靠性性能要求的PTH应用，最好选择Td在340°C以上的树脂材料。IPC开发了一种测试方法来确定Td[2]。
当然还有其他可能影响PTH可靠性的因素，这些因素会作为未来专栏中的主题讨论。现在我们来看，图4表明，在较低Td和更高的Td材料进行比较时，IST故障率表现出了明显的差异。
总结
理解和控制可能影响PTH可靠性的各种因素是非常复杂和有用的过程。本专栏的第一部分主要是提供了一些PTH故障机理的背景知识，并介绍了Td的概念，还讨论了树脂特性会如何影响PTH可靠性。PCB
参考文献
- Correspondence with Bill Birch, PWB Interconnect Solutions.
- IPC Test Methods Manual TM-650, ipc.org.
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click here。
