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IST互连应力测试系统
前言:IST测试作为印制电路板通孔和互连可靠性的检测手段,兴起于 19 世纪 90 年代。在此基础上,提出了一种用于观察通孔温度热应力可靠性的重要数据分析方法。IST测试及相关数据分析方法,主要聚焦于封装和返工过程中通孔寿命的消耗情况,同时涵盖无铅焊和共晶焊的比较,并进一步对产品在使用过程中的寿命进行预测。
IST 互连应力测试系统是用来进行IST测试的重要设备。
一、IST互连应力测试概述
(一)测试原理
此项测试测量PCB板通孔孔壁和孔和内层连接在热循环下的电阻的变化,应用特定设计的测试COUPON进行相应的测试。该测试技术通过在特定的科邦的内层和通孔的连接回路上通3分钟的直流电,使被测COUPON测试区的温度升温至设定的温度,该温度略高于生产材料的Tg温度。测试采用直流的通断使测试COUPON从室温达到设定温度,在温度变化下对被测COUPON进行抗疲劳测试,加速潜在问题的发生。测试通过的循环测试为生产出成品的性能决定。互连应力测试是测试PCB的互联可靠性的一种测试方法。通过在特殊设计的PCB孔链或线路上施加一定的直流电流,持续一段时间,电流产生热量,传导到孔附近的基材,基材受热膨胀,Z方向尺寸变大,产生膨胀应力作用于孔上下焊盘之间。然后停止加热并对PCB测试样品进行冷却,完成一次加热和冷却循环,循环进行该操作,当PCB的孔互联可靠性不良时,膨胀应力会导致孔互联断裂,从而检测出孔的互联可靠性。
(二)与经典测试方法相比的优点
1. 设备体积小,无需辅助设施
l 摒弃庞大复杂的气体加热和制冷系统,加热采用电流注入,冷却采用室温风扇冷却,无需冷却水、压缩空气等辅助设施。
2. 速度快
l 加热采用电流注入方式,样品数分钟内达到设定温度,冷却至室温也只需数分钟,4 - 6分钟即可完成一次加热和冷却循环。
3. 温度准确
l 每个测试样品的每个测试通道在测试过程中实时进行温度测试和计算,能准确达到设定温度。
二、IST互连应力测试系统介绍
(一)系统基本信息
l 符合标准:IPC-TM-650 TEST METHODS MANUAL2.2.26 DC Current Induced Thermal Cycling Test。
“Scope :These methods determine the physical endurance of representative coupons of printed boards to a series of high temperature excursions from ambient. The temperature excursions cause thermo-mechanical fatigue of the electrical interconnect structures.
The test coupon is resistance heated by passing DC current through the coupon to bring the temperature of the copper to a designated temperature. Switching the current on and off creates thermal cycles between room temperature and the designated temperature within the sample. The laminate and surrounding materials are heated to different extents depending on the thermal conductivity of the materials. The thermal cycling can accelerate latent interconnect anomalies to failure.
The number of cycles achieved permits a quantitative assessment of the performance.”
(二)设备特点
1. 可灵活选择的测试位数
l 根据用户选择的不同配置,系统可提供8测试位。
2. 1个H加热端通道和2个L受热端通道
l 每个测试位提供1个H加热端以及2个通道的L受热端。
3. 模块化结构
l 易于扩展,易于进行故障定位和维修更换。
4. 校正功能
l H加热端以及L受热端的电阻测试均可以进行校正,保证测试结果准确性。
5. 分层测试模块(选配)
l 可检测样品经过测试后是否发生分层。
6. 失效分析模块(选配)
l 可选择热盘失效分析模块或红外热像分析模块,方便完成测试后对样品测试链中的失效孔进行根本原因分析。
7. 系统自我检查
l 具备完善的系统自我检查功能,用户可进行系统测试和功能的自我检查,保障系统长期可靠运行。
8. 测试数据和状态清楚展示
l 测试结果以表格、图形等多种形式显示,实时更新显示各样品的电阻、温度以及测试状态等信息,测试进度和各通道测试结果一目了然。
9. 测试数据自动保存
l 测试系统可自动保存测试数据,每一次测试数据在无人干预下实时自动保存,避免因断电、停机、计算机错误以及用户错误操作或关闭软件导致的数据丢失。
10. 多功能测试数据分析软件
l **的多功能测试数据分析软件,用户可随时调入测试数据进行观察和分析。
11. 一键输出测试报告
l 测试完成后,用户可自由选择样品信息、测试设置以及各种测试数据图表结果,一键导出测试报告。
(三)产品规格
参数名称 | 参数值 |
型号 | B - CST - 8 - 2L |
测试位 | 8位 |
测试端 | 每个测试位包括:1个加热端 + 2个受热端 |
电阻测量范围 | 0.001 - 10Ω |
电阻测量精度 | 5m (<500m),1%(>=500m) |
温度测量范围 | 室温~300°C |
Reflow预处理 | 标准模拟Reflow预处理 |
校正 | H加热端和L受热端电阻校正,室温测试校正。 |
系统自检 | 冷却风扇自检,电阻测试自检,老化测试自检。 |
测试数据显示 | 测试状态表格,电阻及电阻变化表格,电阻及电阻变化曲线。 |
测试数据保存 | 实时自动保存 |
数据分析和报告软件 | **的数据分析软件,一键生成测试报告,一键导出测试数据表格和数据图。 |
选配 | 失效孔红外热像分析,分层测试模块(根据客户要求选配) |
电源输入 | 交流220V±10%,50/60Hz,10A |
操作环境 | 20~30°C,**湿度70%,无结露。 |
尺寸 | 深*宽*高:800mm*600mm*1300mm不含显示和输入部分 |
重量 | 约200Kg |
三、IST测试的实际应用。
(一)应用案例
SUN公司(已被甲骨文收购)的应用。
SUN公司在SunFireTM服务器生产线原型发展过程中**利用IST试验。
针对其CPU主板(26层,有埋孔和盲孔等)进行IST测试,早期使用不同封装预处理条件,后标准化为在230℃进行6次预处理,之后在150℃进行循环次数超过500的失效测试。
(二)试样的选择
IPC-TM-650 2.2.26试样的选择
(三)测试条件及结果
1. 测试条件
典型的IST测试循环包括一个3分钟从环境温度升到峰值温度的斜线,当峰值温度达到时,关闭加热器,同时打开风扇,在2分钟内将测试样品冷却,重复该循环。
在230℃和260℃测试时,IST测试板从环境温度到相应温度循环直到失效;在130℃、150℃和170℃测试时,IST测试板首先完成从环境温度到260℃的循环2次,然后在相应温度循环直到失效。
2. 测试结果
通过不同温度下的测试得到了IST失效循环次数等数据,如不同钻孔孔径、填充孔和非填充孔的测试板在130℃、150℃、170℃、230℃和260℃下的IST失效循环次数不同。这些数据可用于分析过孔寿命和温度应力之间的关系等。
