一、試驗之目的

PCB線(xiàn)路板無(wú)鉛回焊對厚高多層板除了會(huì )造成板材的爆裂外，其次就是會(huì )將鍍通孔的銅孔壁拉斷，主要原因當然是板材在Z軸的CTE不管是α1 (55-60ppm/℃)或是α2(250ppm/℃)兩者的Z軸熱脹率（Z-CTE)，都遠遠超過(guò)銅壁的17 ppm/℃。也就是處于Tg以下者其板材約為銅壁的3倍，Tg以上時(shí)更將拉高到12-20倍之多。為了多層板的通孔在多次回焊中不致被拉斷失效起見(jiàn)，刻意利用溫度循環(huán)試驗（TCT） 試圖找出三件事，即

(1)回焊峰溫對板材與通孔的影響何在？

(2)回焊的次數可達幾次？

(3)基材的可靠度又如何？

二、PCB線(xiàn)路板制作

某PCB線(xiàn)路板生產(chǎn)廠(chǎng)家再利用四種板材，分別又製做了共含880個(gè)互連通孔與30mm厚的8層PCB線(xiàn)路板，其孔銅厚度約20 μm 。TCT試驗前首先模擬峰溫分別是224℃及250℃之有鉛與無(wú)鉛回焊，然后執行air to air溫度循環(huán)試驗(TCT)，以觀(guān)察板材與鍍通孔的可靠度。該TCT的條件為：

●低溫- 55℃放置5分鐘。

●以14分鐘做為飆升高溫的過(guò)渡時(shí)間，刻意拉長(cháng)的原因是讓厚板的內外溫度能夠趨于一致，以減少應力的作崇。

●高溫125℃放置5分鐘。

●再以14分鐘轉移到低溫如此即完成一次循環(huán)

經(jīng)由長(cháng)時(shí)間不斷熱脹冷縮的拉扯下，將使得銅孔壁與互連孔環(huán)等銅材結晶變得較為鬆弛，以致直流測試時(shí)的電阻也為之逐漸升高，一旦所測之電阻値超出測試前的10%時(shí)，即表PCB線(xiàn)路板已經(jīng)到達失效的地步了 。然后即可進(jìn)行微切片之失效分析。

三、回焊峰溫對通孔可靠度影審

當回焊之峰溫拉高時(shí)，將會(huì )對板材與銅孔壁造成強大的熱應力。故在對板材與通孔進(jìn)行TCT可靠度試驗之前，刻意先將PCB線(xiàn)路板模擬回焊2次到6次，以觀(guān)察回焊對于后續可靠度的影響何在？過(guò)程中發(fā)現當回焊峰溫拉高25℃時(shí)，其失效前之溫度循環(huán)次數竟然會(huì )減少達25%之多，實(shí)在令人不得不對回焊曲線(xiàn)確應小心處理謹愼取捨，儘量避免峰溫的過(guò)高，以免造成諸多的后患。

四、回焊次數對通孔可靠度的影審

事實(shí)上不但回焊峰溫會(huì )帶來(lái)強大應力，多次回焊的每次強熱也照樣會(huì )在銅孔壁與基材中累積應力，此種回焊次數必然會(huì )對可靠度造成劣化效應。于是德商的硏究者，又將PCB線(xiàn)路板刻意先經(jīng)有鉛無(wú)鉛多次回焊的考驗，然后再進(jìn)行有關(guān)可靠度的TCT試驗，以觀(guān)察彼此間的對應關(guān)系。下圖 ，即為其等所得之結果。

五、討論

●銅箔或銅壁與基材兩者在CTE上的差異，將成為強熱折磨后的開(kāi)裂與斷孔的直接原因，增加回焊次數當然會(huì )縮短通孔壽命。

●發(fā)現斷孔的主要兇手是回焊峰溫的過(guò)高（例如250℃以上），影響通孔可靠度的次要因素才是回焊次數的多少，且首次回焊的影響力又大于其他后續之回焊次數。

●當孔銅延伸率十分良好時(shí)（例如20z%冗以上），通孔耐強熱的可靠度自然也會(huì )好，不過(guò)多次回焊后其延伸率亦將逐漸變差。