IST互連應力測試系統

前言：IST測試作為印制電路板通孔和互連可靠性的檢測手段，興起于 19 世紀 90 年代。在此基礎上，提出了一種用于觀察通孔溫度熱應力可靠性的重要數據分析方法。IST測試及相關數據分析方法，主要聚焦于封裝和返工過程中通孔壽命的消耗情況，同時涵蓋無鉛焊和共晶焊的比較，并進一步對產品在使用過程中的壽命進行預測。

IST 互連應力測試系統是用來進行IST測試的重要設備。

 一、IST互連應力測試概述

 （一）測試原理

此項測試測量PCB板通孔孔壁和孔和內層連接在熱循環下的電阻的變化，應用特定設計的測試COUPON進行相應的測試。該測試技術通過在特定的科邦的內層和通孔的連接回路上通3分鐘的直流電，使被測COUPON測試區的溫度升溫至設定的溫度，該溫度略高于生產材料的Tg溫度。測試采用直流的通斷使測試COUPON從室溫達到設定溫度，在溫度變化下對被測COUPON進行抗疲勞測試，加速潛在問題的發生。測試通過的循環測試為生產出成品的性能決定。互連應力測試是測試PCB的互聯可靠性的一種測試方法。通過在特殊設計的PCB孔鏈或線路上施加一定的直流電流，持續一段時間，電流產生熱量，傳導到孔附近的基材，基材受熱膨脹，Z方向尺寸變大，產生膨脹應力作用于孔上下焊盤之間。然后停止加熱并對PCB測試樣品進行冷卻，完成一次加熱和冷卻循環，循環進行該操作，當PCB的孔互聯可靠性不良時，膨脹應力會導致孔互聯斷裂，從而檢測出孔的互聯可靠性。

 （二）與經典測試方法相比的優點

1. 設備體積小，無需輔助設施

l 摒棄龐大復雜的氣體加熱和制冷系統，加熱采用電流注入，冷卻采用室溫風扇冷卻，無需冷卻水、壓縮空氣等輔助設施。

2. 速度快

l 加熱采用電流注入方式，樣品數分鐘內達到設定溫度，冷卻至室溫也只需數分鐘，4 - 6分鐘即可完成一次加熱和冷卻循環。

3. 溫度準確

l 每個測試樣品的每個測試通道在測試過程中實時進行溫度測試和計算，能準確達到設定溫度。

 二、IST互連應力測試系統介紹

 （一）系統基本信息

l  符合標準：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）設備特點

1. 可靈活選擇的測試位數

l 根據用戶選擇的不同配置，系統可提供8測試位。

2. 1個H加熱端通道和2個L受熱端通道

l 每個測試位提供1個H加熱端以及2個通道的L受熱端。

3. 模塊化結構

l 易于擴展，易于進行故障定位和維修更換。

4. 校正功能

l H加熱端以及L受熱端的電阻測試均可以進行校正，保證測試結果準確性。

5. 分層測試模塊（選配）

l 可檢測樣品經過測試后是否發生分層。

6. 失效分析模塊（選配）

l 可選擇熱盤失效分析模塊或紅外熱像分析模塊，方便完成測試后對樣品測試鏈中的失效孔進行根本原因分析。

7. 系統自我檢查

l 具備完善的系統自我檢查功能，用戶可進行系統測試和功能的自我檢查，保障系統長期可靠運行。

8. 測試數據和狀態清楚展示

l 測試結果以表格、圖形等多種形式顯示，實時更新顯示各樣品的電阻、溫度以及測試狀態等信息，測試進度和各通道測試結果一目了然。

9. 測試數據自動保存

l 測試系統可自動保存測試數據，每一次測試數據在無人干預下實時自動保存，避免因斷電、停機、計算機錯誤以及用戶錯誤操作或關閉軟件導致的數據丟失。

10. 多功能測試數據分析軟件

l **的多功能測試數據分析軟件，用戶可隨時調入測試數據進行觀察和分析。

11. 一鍵輸出測試報告

l 測試完成后，用戶可自由選擇樣品信息、測試設置以及各種測試數據圖表結果，一鍵導出測試報告。

 （三）產品規格

 三、IST測試的實際應用。

 （一）應用案例

SUN公司（已被甲骨文收購）的應用。

SUN公司在SunFireTM服務器生產線原型發展過程中**利用IST試驗。

針對其CPU主板（26層，有埋孔和盲孔等）進行IST測試，早期使用不同封裝預處理條件，后標準化為在230℃進行6次預處理，之后在150℃進行循環次數超過500的失效測試。

（二）試樣的選擇

IPC-TM-650 2.2.26試樣的選擇

 （三）測試條件及結果

1. 測試條件

典型的IST測試循環包括一個3分鐘從環境溫度升到峰值溫度的斜線，當峰值溫度達到時，關閉加熱器，同時打開風扇，在2分鐘內將測試樣品冷卻，重復該循環。

在230℃和260℃測試時，IST測試板從環境溫度到相應溫度循環直到失效；在130℃、150℃和170℃測試時，IST測試板首先完成從環境溫度到260℃的循環2次，然后在相應溫度循環直到失效。

2. 測試結果

通過不同溫度下的測試得到了IST失效循環次數等數據，如不同鉆孔孔徑、填充孔和非填充孔的測試板在130℃、150℃、170℃、230℃和260℃下的IST失效循環次數不同。這些數據可用于分析過孔壽命和溫度應力之間的關系等。