热分析技术在PCB失效分析中的应用探究

PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已成为电子信息产品中最为重要部分，其质量的好坏与可靠性水平将决定整机设备的质量与可靠性。由于电子信息产品在小型化以及无铅无卤化方面的要求，PCB也向高密度高T_g和环保的方向发展。然而由于成本以及材料改变的原因，因此PCB在生产和应用过程中都出现了大量的失效问题，这其中许多失效可能与材料本身的热性能或稳定性有关。

1.差示扫描量热仪（DSC）

差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry）是在程序控温下，测量输入到物质与参比物质之间的功率差与温度（或时间）关系的一种方法。DSC在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，可通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，而使两边热量平衡，温差ΔT消失，并记录试样和参比物下两只电热补偿的热功率之差随温度（或时间）的变化关系，并根据这种变化关系，可进行材料的物理化学及热力学性能研究分析。DSC应用广泛，但在PCB的分析方面，其主要用于测量PCB上所用的各种高分子材料的固化程度（见图6-23）、玻璃态转化温度，这两个参数决定着PCB在后续工艺过程中的可靠性。

图6-23 PCB中的环氧树脂的固化情况分析

2.热机械分析仪(www.xing528.com)

热机械分析技术（Thermal Mechanical Analysis，TMA）是用于程序控温下，测量液体、固体、凝胶等在热或机械力作用下的形变性能，常用的负荷方式是压缩、压入、拉伸、弯曲等。测试探头是由固定在其上面的螺旋弹簧和悬臂梁支撑，通过电动机对试样施加载荷，在试样发生形变时，差动变压器检测到此变化，并连同应力、应变和温度等数据进行处理，可得到该物质在可忽略负荷下形变与温度之间（或时间）的关系。根据此关系，可对材料的物理化学及热力学性能进行研究分析。TMA应用广泛，在PCB的分析方面其主要用于PCB最关键的两个参数是：测量其玻璃态转化温度和线胀系数。线胀系数过大的基材的PCB在焊接组装后一般会导致金属化孔的断裂失效。

3.热重分析仪

热重法（Thermogravimetry Analysis，TGA）是在程序控温下，测量物质的质量随温度（或时间）的变化关系的一种方法。TGA通过精密的电子天平可监测物质在程控变温过程中发生的细微的质量变化。根据物质质量和温度（或时间）的变化关系，可对材料的物理化学及热力学性能进行分析研究。TGA在研究化学反应或物质定性定量分析方面有广泛的应用；在PCB的分析方面，主要用于测量PCB材料的热稳定性或热分解温度，如果基材的热分解温度太低，PCB在经过焊接过程的高温时将会发生爆板或分层失效现象。

为了适应环保以及电子产品小型化的发展要求，电子制造的材料和工艺过程都发生了很大的变化。作为电子信息产品中最关键的部件之一，最近以来早期失效现象频频发生。为了更好地控制或保证PCB的质量与可靠性，必须从研发、设计、工艺以及质量保证技术等多方面着手才能达到目的，其中作为质量保证技术中的关键，失效分析也越来越发挥着它的重要作用，只有通过失效分析才能够找到问题的根源，从而不断改进或提升产品的质量与可靠性，而在爆板、分层、变形等分析中热分析手段必不可少。