影響PCB電路板通孔可靠性的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)
印刷電路板通孔(PTH)的熱循環(huán)疲勞失效時電子產(chǎn)品互連失效的主要形式之一。通孔可靠性評估主要分為兩個步驟,即首先進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變評估,然后進(jìn)行低周疲勞壽命評估。在IPC的研究報告中給出了上述兩個模型,即應(yīng)力-應(yīng)變評估模型和疲勞壽命評估模型,以及進(jìn)行通孔可靠性評估所需的相關(guān)參數(shù)信息。
在工程實際中仍主要應(yīng)用這兩個模型對PTH的可靠性進(jìn)行評估。IPC的PTH疲勞壽命評估模型是根據(jù)對銅箔進(jìn)行的大量實驗數(shù)據(jù)結(jié)果總結(jié)得到的。由于IPC方法的假設(shè)前提,其應(yīng)力-應(yīng)變評估模型不滿足PTH鍍層端面的邊界自由條件,也不滿足鍍層與基板粘接處的位移連續(xù)條件。由此模型計算得到的應(yīng)力在PTH鍍層中是均勻分布的,但在工程實際中,PTH失效通常發(fā)生在鍍層中心處的孔肩位置處。IPC研究報告中記錄的39組樣品的實驗結(jié)果也表明,實驗樣品中的9組未發(fā)生失效,2組失效發(fā)生在焊盤轉(zhuǎn)角處,其余28組失效均發(fā)生在鍍層軸向靠近中心處。課件,鍍層軸向中心處的斷裂失效時PTH失效的最主要形式,這與工程實際中經(jīng)常發(fā)生失效的位置是一致的。
參考文獻(xiàn)針對上述問題,對IPC的應(yīng)力-應(yīng)變模型進(jìn)行了改進(jìn)。在改進(jìn)模型的研究中發(fā)現(xiàn),PCB基板厚度與孔徑之比(即厚徑比)、基板厚度與鍍層厚度之比,以及基板作用半徑與孔半徑之比是影響PTH疲勞壽命的主要幾何設(shè)計參數(shù)。在改進(jìn)的解析模型基礎(chǔ)上,給出并分析了PTH疲勞壽命對這三組幾何設(shè)計參數(shù)的靈敏度。選取工程取值范圍內(nèi)的PCB幾何設(shè)計參數(shù),計算得到的靈敏度可以用于指導(dǎo)PCB的設(shè)計,提高PCB和PTH的可靠性。