建立可靠性试样的热循环测试的优点之一是，损坏积聚的开始和速率，以电阻的增加来表示，可以绘制和解释。电阻增加的开始和速率使得人们对故障模式的认识更深。这种认识可以表示为预测精度提高，这样的预测的条件是很重要的，以及故障是如何在装配和最终使用环境中发生的。

随着对电阻图标认识的加深，故障可以被更精确地分类，这样就可以使我们通过一个较简单的方式来看清模式，有些模式被认为是相似的或几乎相同的。这是柱形裂纹的情况。我们可以通过在微区中观察到的故障原因和形态差异来把柱形裂纹氛围两种类型。

在我上一个专栏中，我们了解了金属疲劳型柱形裂纹，这种裂纹随着时间的延续缓慢发展。我们将利用一个以非线性方式加速损坏的故障，为了本专栏的目的，我会用“柱形裂纹”来与“金属疲劳柱形裂纹”形成对比。尽管金属完整性由于疲劳的退化导致的故障是一样的，但是在镀通孔（PTHs）中具有“柱形裂纹”的材料在提高故障率方面起到了重要的作用。

图1，柱形裂纹的照片。

当暴露在热变化范围内，无论是在组装和返工，或由热循环试验引起的，铜裂纹显示了最严重的加速故障模式，这种裂纹在一种方式下发展起来，这种方式导致了在PTH的柱形不断增加的电阻率。物质的变化可能是影响非线性增加电阻中的电路故障的因素之一。这种破坏可能有延迟性，但一旦开始，往往会加速，直到故障发生（通常电阻增加10％发生）。PTH的柱形上的裂纹通过直的、水平的路径金属化和电沉淀铜层提前发生，即使通过铜晶体的传播，并在一条笔直的、垂直的路径中穿过。在微观观察中发现，柱形裂纹经常是敞开的。

图2中显示的图表显示了温度最高时测量的，毫欧每个热循环的电阻变化。请注意，电阻图显示了测试一开始，有一定程度的压力在减轻或消退，此时电阻降低到低于最初的数值大约150退火电阻低于最初读减少到大约150个循环。看来消退降低了铜痕迹和相互连间的应力，导致了几个周期中电阻的减小。最初电路中的压力减轻是试验中的常见现象，使得损坏积聚的发生延迟了。

这种破坏积聚通常是线性的，直到电阻上升2%，之后可能出现非线性加速。破坏积聚2%之后，破坏互联可能会呈现出呈指数增长的破坏，直到故障发生，大约在375次循环左右。电阻图中的破坏截面是很典型的非线性加速型故障。

图2，电阻图显示破坏累积加速。

应该指出的是，电阻积聚的每次热偏移测试样品中成百上千的PTH中的裂纹发展的反映，这是所有这些互联的破坏的总和。显微镜检查仅限于观察每个部分的几个洞。显微镜检查经常既能能发现柱形裂纹故障又能发现金属疲劳裂纹的故障。电阻图有助于确定哪些故障的主导因素。早发生的和高加速的破坏是最常见的柱形故障。

热成像方法，使我们能够从成百上千的PTH中确定受破坏最严重的一个。这大大提高了寻找破坏最严重的PTH的能力，并解释了破坏中细微差别的重要性。

当失败的标准定在电路中电阻增加10％时，那么当电阻增加达到10%的时候，测试就停止，可以使用一种有效的方法。由于故障电路没有打开，电路中可能使用一个低电流。损坏的PTH中的不断增加的电阻导致其加热到比损坏的PTH更高的温度。随着几安培的电流的应用，破坏的互联将比相邻的互联温度高出一到两度。

通过使用热照相机，成百上千个PTH中受破坏最严重的一个可以很容易地识别出来。这种方法允许人们专注于主导的故障模式，并在同时观察那些潜在的故障模式，那些正在发展，但没有减少周期导致故障的模式。在10%时停止测试，可以使人们找到并观察一个成熟的故障，有很多信息，而不是一个严重变形的灾难性的故障电路。

动态力学分析（DMA）是一种热分析方法，用来测量材料的粘弹性。测试包括绕曲后样品中的机械位移，它测量了材料在一定温度范围内的抗位移能力和它回复原始状态的能力。这种方法测量了材料的粘性和弹性性能之间的关系，这些材料可能在热循环中改变。一种材料由于应力变形，当应力撤去后回复原来的形状。一种材料由于应力变形，但是当应力撤去后没有回复原来的形态，我们称之为塑性变形。

一个PTH中的裂纹，在PTH中材料保持弹性可能在热偏移中关闭，返回到其初始电阻值。试验样品在热偏移中返回其初始电阻值，我们称之为自我修复。一个故障PTH周围塑性变形材料可以防止裂纹在热偏移中闭合。这显示出电阻值在热偏移中测量是的滞后性。这在柱形裂纹保持开口，并且随着之后的热便宜不断增大时发生。

很可能在故障模式中观察到的加速一部分是因为缓慢地积聚绝缘材料对于热循环的塑性变形。有一个很好的比喻，材料就像一个棘轮，在每一个热循环中扩大裂纹。

图3，柱形裂纹加速故障的图片。如要看动画，请点击这里。

关注与思考

请记住：可靠性是作用力与强度之间的平衡。当作用力大于铜和绝缘材料的强度时，PWB就会发生故障。在热便宜中，PTH收到Z轴方向上的力，与此同时，PTH内部还有x轴和y轴方向上的压缩力。一旦开始，铜裂缝发展迅速，生产故障较早。柱形裂纹反映了加速故障模式，是由该应力导致的，由于材料的热偏移，使之比铜的互联和绝缘材料强度大。铜是疲劳的，与此同时，材料失去了弹性，在经受塑性变形。在最坏的情况下，结果可能是PTH在短短几个周期内就发生灾难性的故障。

Paul Reid是加拿大渥太华PWB Interconnect Solutions Inc. 的计划协调员。