新型PCB制造工艺的可靠性评估

新型 PCB 制造工艺不断涌现，如高密度互连（HDI）技术、厚铜板制造工艺、埋嵌元件技术等，这些工艺为电子产品的小型化、高性能化提供了有力支持。

 一、环境应力测试

环境应力测试是评估新型 PCB 制造工艺可靠性的重要手段，通过模拟 PCB 在实际使用中可能遇到的各种环境条件，对其性能进行考察。

   热冲击测试 ：将 PCB 试样置于极端高温与低温环境下交替转换，如从 - 55℃到 + 125℃，历经数百次循环，观察孔的金属化层是否出现剥落、断裂等现象，以评估 PCB 在温度骤变下的可靠性。良好的热冲击测试能揭示孔在温度变化时因材料热膨胀系数差异引发的潜在问题。

   温度循环测试 ：模拟产品在实际使用中的温度波动，设置如从 - 25℃到 + 85℃的循环，每个循环持续数小时，累积数千次，聚焦于孔在长期温度变化下材料疲劳与应力累积情况，判断其能否承受日常工况。

   湿度测试 ：在高温高湿环境（如 85℃、85% RH）中放置 PCB，持续数周甚至数月，重点查看孔壁是否出现腐蚀、短路现象。湿度易促使离子迁移，侵蚀金属化层，影响孔的电气与机械性能，通过此测试可评估 PCB 在潮湿环境下的可靠性。

 二、制造质量把控

制造质量的把控是从源头确保新型 PCB 制造工艺可靠性的关键环节。

   无损检测技术应用 ：借助 X - 射线检测精准查看孔内部结构，发现如孔壁铜层空洞、夹杂物等肉眼不可见缺陷。三维 X - ray 能重构孔内部三维图像，精确定位问题区域。超声波检测则通过声波反射差异，探测孔内分层、裂纹，尤其对多层板中的埋孔、盲孔检测效果显著。

   过程质量控制追溯 ：审查 PCB 制造全程记录，涵盖钻孔参数（转速、进给量）、电镀工艺参数（电流密度、镀液成分、温度、时间）等。例如，钻孔时转速过高易使孔壁产生微裂纹，电镀电流密度过大易导致镀层不均匀、应力集中。通过数据分析，关联制造参数与孔质量，建立质量控制模型。

 三、材料质量评估

材料是影响新型 PCB 制造工艺可靠性的基础因素，对其质量进行评估至关重要。

   原材料检验升级 ：严格检验 PCB 基材（如 FR - 4）的玻璃化转变温度、吸水率、介电常数等指标。高玻璃化转变温度基材在高温环境下能保持结构稳定，低吸水率基材可减少因吸湿导致的孔壁应力与腐蚀风险。铜箔方面，检测其纯度、粗糙度、延伸率，纯度高、粗糙度适中的铜箔与基材结合力强，能增强孔壁强度。

   材料老化模拟实验 ：对 PCB 材料样本开展加速老化实验，如紫外线照射模拟长期光照，化学试剂侵蚀模拟恶劣化学环境，观察材料性能变化，预测其在长期使用中的演变趋势，提前识别潜在风险，为材料选型提供依据。

 四、电气性能测试

电气性能测试是验证新型 PCB 制造工艺可靠性的关键环节，确保 PCB 在各种条件下能够稳定地传输信号和电力。

   导通性测试持续监测 ：采用高精度万用表或专门的导通性测试仪，定期测量 PCB 孔的电阻值，从初始制造到长期使用各阶段。电阻值的微小变化可能预示着孔内部的金属化层开始出现脱附、断裂，设置合理的电阻变化阈值，及时预警潜在故障。

   信号完整性测试强化 ：利用时域反射仪（TDR）、网络分析仪等设备，检测高速信号通过 PCB 孔时的特性阻抗变化、信号损耗、反射系数等参数。因孔的结构与质量会显著影响高速信号传输质量，长期监测能确保信号在产品寿命周期内的稳定传输，避免因孔问题引发的信号完整性故障。

 五、失效分析

当新型 PCB 制造工艺的 PCB 产品在测试中发现问题时，通常需要进行失效分析，以找出问题根源并采取改进措施。

   显微切片观察 ：通过显微切片技术，观察 PCB 内部结构和缺陷，如通孔的镀层质量、基材与铜箔的结合情况等，分析失效原因。

   扫描电子显微镜（SEM） ：利用 SEM 检查 PCB 表面和内部的微观结构和形貌，能够发现微小的裂纹、孔隙等缺陷，为失效分析提供详细信息。

   能量色散光谱（EDS） ：分析材料成分，确定失效部位的元素组成，有助于判断失效是否由材料因素引起，如杂质含量过高、氧化等。

   X 射线检测 ：可定位内部断路或空洞，帮助快速确定问题所在区域，为后续的修复和改进提供依据。

 六、加速寿命试验预计法

加速寿命试验预计法是一种常用的 PCB 可靠性评估方法，通过对 PCB 施加比实际使用条件更为严苛的应力，加速其失效过程，然后根据失效数据预测其在正常工作条件下的寿命。

   确定加速应力和测试条件 ：根据 PCB 的工作环境和失效机理，选择合适的加速应力，如温度、湿度、电压等，并确定相应的测试条件。例如，对于温度敏感的 PCB，可选择高温环境作为加速应力，设置不同的温度档次进行测试。

   建立加速寿命模型 ：根据失效物理原理和实验数据，建立加速寿命模型，描述加速应力与失效时间之间的关系。常用的模型有阿伦尼乌斯模型、幂函数模型等。

   进行加速寿命试验并分析数据 ：按照确定的测试条件，对 PCB 进行加速寿命试验，记录失效时间、失效模式等数据。通过数据分析，结合加速寿命模型，预测 PCB 在正常工作条件下的失效率和寿命。

 七、试验鉴定法

试验鉴定法即按照标准试验方法、试验条件开展可靠性试验，通过试验前中后测试相关性能的符合性，判定新型 PCB 制造工艺的 PCB 样品是否满足其可靠性要求。

   选择合适的可靠性试验标准 ：目前，PCB 常用的可靠性试验标准有 IPC - 9151《印制板工艺、生产能力、质量及相关可靠性（PCQR 2）基准测试标准和数据库》、GJB 360B - 2009《电子及电气元件试验方法》及 JESD22 - A 系列标准等，根据 PCB 的应用领域和特点，选择相应的标准进行试验。

   开展可靠性试验 ：常见的可靠性试验方法有温度冲击试验、高加速热冲击试验（HATS）、互连应力测试（IST）、高温高湿偏置试验、高压加速寿命试验（HAST）、高压蒸煮试验（PCT）、高温存储试验、低温存储试验等，根据所选标准和 PCB 的具体情况，确定需要进行的试验项目，并严格按照试验方法和条件进行操作。

   测试与评估 ：在试验前后，对 PCB 的各项性能进行测试，如电气性能、物理性能等，对比试验前后的测试结果，评估 PCB 是否满足可靠性要求。如果试验后 PCB 的性能指标仍符合要求，则说明其可靠性较好；反之，则表明该新型 PCB 制造工艺存在可靠性问题，需要进一步改进和优化。