Reid on Reliability:角裂纹

谈过了筒之后,本期中我们来谈谈PTH的拐点,角。角裂纹很像筒裂纹上升到PTH的拐点。图1中的动画,材料中最大的偏转出现在外表面。

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图1,该图像描绘了一个角裂纹。点击这里看动画。

板挠度,板与铜离开平面的偏离程度。最大的板挠度往往是在最外层。洞的拐点是由电解铜沉积在外层铜箔上形成的,沉积到钻孔下。这将产生一个持续的铜柱,上下两端向外延伸,就像空的铆钉。向圆柱上延伸的铜和附在表面的薄膜,称之为包覆,这将成为我们接下来关于埋孔的几期专栏的重点。

强壮的铜柱抵抗PTH由于在热偏移过程中电介质在z轴方向扩张而引起的伸展,而板被取代了,产生了板绕度。二维动画板绕度在动画中看上去很简单,看起来像旋转枢轴点孔拐点处的杠杆旋转。实时上,三维板定型为漏斗状。不仅如此,经向和纬向的玻璃会导致变形不平衡,所以漏斗会呈波纹状或皱褶形状。具有玻璃纤维的平面动画,假设是经向。人们可以想像,在与经向平面呈45度角的平面上,板变形甚至会更大。

请记住这个三维的板,作为一个畸形的漏斗,让我们称它为角裂纹。

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图2,角裂纹特写。

角裂纹基本上都是发生在PTH顶部的筒裂纹,在拐点处。典型的拐点裂纹从电介质外层的接合处开始,延伸到铜箔莫的外层。IPC-6012允许箔和电解铜之间的分离,如果裂纹在铜箔顶端停止的话。这个问题从裂纹向电介质铜发展开始。典型的角裂纹在孔拐点处按45°角方向传播。

早在1980年代,在孔的拐点处全厚度是有问题的。拐点处的铜常常较薄,在清洁或洗涤过程中来自铜分配或铜去除。板绕度产生一个轴点位于,根据我的计算,电介质的边缘。电介质中的90°角随着经向铜的提升,电介质被扩大,并且在拐点处压缩。结果是裂纹在铜箔表面传播,以45°通过电镀铜。这条裂纹在铜箔尖角处开始,并延伸,这同常是拐点最薄弱的地方。

角裂纹不像筒裂纹那样经常受到观察。不像“筒裂纹”那样会发生灾难性的故障,拐点裂纹往往随时间推移而传播。损害资料可能是呈指数而不是线性增长,但通常加速度不高——至少不是在锡/铅的应用中,在这些应用中装配温度通常限于230°C。

关注与思考

角裂纹并不像筒裂纹那么常见,但偶尔设计也会受到角裂纹的影响。我们从多年的可靠性试验中知道,一块具有非功能性板的电路板的移动往往比每一层都具有非功能板的电路板更强劲。如果要定义这个术语,一个非功能性板是指没有连接到电路板上的板。

有时候,设计者将不得不在每一个内部层中都安上非功能性板。在大多数应用中,这减弱了可靠性,因为在PTH的中心地带增加了筒裂纹。看来,沿着PHT产生了若干个锚,在筒中发生了故障。清除非功能性板以增加PTH可靠性,降低“锚”点和压力的客户,转而关注孔拐点。

最后一点关于角裂纹的是,在无铅装配260°C的温度下,有些角裂纹是横向的。裂纹从铜箔和外层电介质边缘开始沿横向延伸,与PTH呈90°角,通过电镀铜筒,就在孔的拐点下。

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图3,锡铅和无铅角角裂纹的比较。

如果疵点是肉眼观察到的,它可以说是一个就在PTH顶部下的环形裂纹。在显微镜下检查PHT的数量,可能出现一些角裂纹,传统锡铅裂纹沿45°角传播,其它按90°传播。有一种情况,较低的无铅装配温度(245°)对coupon的限制较小,coupon有平行的裂纹,但它出现在箔膜的顶部边缘。

Paul Reid是PWB互连解决方案的协调员。您可以通过发送邮件到paul.reid@pwbcorp.com和他取得联系。