CN110806536A - 一种pcb互联可靠性测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种PCB互联可靠性测试方法和装置，所述测试方法包括以下步骤，设定高温测试温度，加热时间等测试参数，在样品的加热端互连网络中通入测试电流，在设定的加热时间内，样品达到设定的高温测试温度，停止测试电流，对样品进行冷却至室温，对样品重复进行加热和冷却，直到设定的测试循环数完成，或者样品电阻变化超过设定的失效标准。所述装置其包括：机柜，样品安装单元，冷却单元，加热单元，电源单元，测量单元，控制单元，显示和输入单元以及各单元之间的连接电缆。

Description

一种PCB互联可靠性测试方法和装置

技术领域

本发明涉及一种可靠性测试方法和装置，尤其涉及PCB互联可靠性测试方法和装置，所述方法和装置可以快速地检出PCB互联可靠性缺陷。

背景技术

多层PCB的电路网络是由各层的线路，焊盘，以及连接各层的各种孔组成的，PCB中的孔包括通孔，埋孔和盲孔（包含微盲孔），其中通孔贯通PCB外面两层，可以连接到任意层，埋孔一般贯穿除PCB外面两层以外的任意2层或多层，可以连接到任意除PCB外面两层以外的内层。盲孔则一般连接相邻的两层。因此PCB的互联是依靠PCB中的孔来实现的。

PCB的互联可靠性主要来自于电镀通孔，埋孔与盲孔的互联可靠性，包括：

1.电镀通孔，埋孔与盲孔等互联孔自身的导通可靠性。PCB的导通的可靠性最主要的是由于基板材料与互联孔镀层在受热后物性变化的不同，在加热时，由于绝缘基板材料的Z方向的热变形(热膨胀)，使得互联孔镀层也被迫产生变形，从而在互联孔上产生应力，重复的热胀冷缩使互联孔镀层遭受到疲劳破坏而断裂。互联孔镀层厚度偏薄、镀层含有气泡、镀层厚度不均、孔壁和镀层粗糙等镀层缺陷是导致孔自身可靠性的主要原因；

2.电镀通孔，埋孔与盲孔等互联孔与内外层线路的连接可靠性。钻污、抗蚀剂残留和析出和其他异物残留在通孔，埋孔与盲孔与内外层线路的互联面上时，或者互联面上的化学铜层出现缺陷时，在热胀冷缩产生的应力下，孔镀层与内外层线路分离，从而产生互联可靠性的问题。

通常的电测试不能将以上的孔镀层缺陷和互联缺陷分选出来，因为这类缺陷的孔自身以及与孔与内外层线路还是相连的，即使在比较严重的情况下，孔发生轻微断裂或者孔镀层与内外层线路部分分离，但是在进行电测试时，由于电测试机器夹具作用于孔焊盘上的力较大，这些断裂或分离可能被“压合”在一起而通过电测试。如果这些轻微缺陷的PCB送到客户，经过组装变成PCBA，或者变成最终产品交付到使用者手中后，经过环境温度的循环变化，这些轻微缺陷会变得恶化，最终导致开路，导致产品失效，这样PCB生产厂家可能面临客户投诉和巨额的赔偿。

传统的PCB互联可靠性测试方法包括：

1.气相高低温热冲击，气相高低温热冲击测试是将测试样品交替置于高温和低温气体环境一定的时间，并检测测试样品的各种电性能的变化情况；

2.液相高低温热冲击，液相高低温热冲击测试是将测试样品交替置于高温和低温液体环境一定的时间，并检测测试样品的各种电性能的变化情况；

3.多次回流，回流测试是将测试样品经过多次模拟回流焊接过程，并检测测试样品回流前后的各种电性能的变化情况。

这些测试的优点是，测试条件能较好的加速模拟PCB的实际使用过程可能承受的冷热循环环境条件，从而检测出PCB互联可靠性的故障。

这些测试的缺点是：

1.测试的时间长，由于需要利用气体或液体进行热量的传递，因此进行一次交替循环需要的时间长，通常的一次循环需要的时间在30分钟至一小时左右；

2.测试成本高，由于需要附属的气体加热和制冷装置，测试所需要设备十分庞大复杂；

3.测试结果可能不准确，而且由于通过气体交换升温，样品的厚度，摆放位置，方向等都会影响气流从而影响样品的升温，不同位置不同样品的温度在同一时间可能不一致，有些样品在测试中可能未达到设定的测试温度，因此测试结果可能不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PCB互联可靠性测试方法和装置，通过所述方法并使用所述装置，可以快速检出PCB互联可靠性缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种PCB互联可靠性测试方法，所述方法使用的测试样品包括加热端互联网络和受热端互联网络，其中加热端互联网络由一层或若干层的线路组成，或者由通孔，盲孔和埋孔的一种或几种和各层的线路连接组成，受热端互连网络由通孔，盲孔和埋孔的一种或几种和各层的线路连接组成，所述测试方法包括以下步骤：

步骤1，设定高温测试温度或温度范围，加热时间，冷却时间，测试循环数，电阻变化率失效阀值；

步骤2，在样品的加热端互连网络中通入的测试电流，持续设定的加热时间，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻；

步骤3，停止测试电流，并对测试样品进行冷却至室温，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，步骤2与步骤3完成一次预循环测试；

步骤4，判断，如在设定的加热时间内，样品未达到或已经超过设定的高温测试温度或温度范围，则调整测试电流，重复进行步骤2至步骤3，直到在设定的加热时间内，样品达到设定的高温测试温度或温度范围，并记录此次预循环的测试电流值；

步骤5，在样品的加热端互连网络中通入步骤4中记录测试电流值，持续设定的加热时间，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻；

步骤6，停止测试电流，对测试样品进行冷却至室温，检测样品的温度和加热端互连网络和受热端互连网络的电阻，步骤5与步骤6完成一次循环测试；

步骤7，重复步骤5和步骤6，测试直到设定的循环测试循环数完成，或者直到以下条件中的至少一条达到，

条件1，在任一次循环测试中的任意时刻，加热端互连网络和/或受热端互连网络的电阻，与第一次循环测试中的在高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值，或者，在任一次循环测试中的任意时刻，加热端互连网络和/或受热端互连网络的电阻，与在设定的加热时间内样品达到设定的高温测试温度的预循环测试中的高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值；

条件2，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的高温测试温度或温度范围下的电阻，与第一次循环测试中的在高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值，或者，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的高温测试温度或温度范围下的电阻，与在设定的加热时间内样品达到设定的高温测试温度的预循环测试中的高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值；

条件3，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的室温下的电阻，与第一次循环测试中的在室温下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值，或者，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的室温下的电阻，与在设定的加热时间内样品达到设定的高温测试温度的预循环测试中的室温下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值。

以上所述步骤2之前可加入预处理步骤1.1，预处理步骤1.1包括：

步骤1.1.1，设定预热温度，回流温度，最高温度，回流时间，预处理测试循环数，电阻变化率失效阀值；

步骤1.1.2，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度快速上升达到设定的预热温度；

步骤1.1.3，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度平缓上升达到设定的回流温度；

步骤1.1.4，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度上升达到设定的回流温度；并开始计时；

步骤1.1.5，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使得样品温度保持在回流温度与最高温度之间，直到设定的回流时间完成；

步骤1.1.6，停止在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，将样品冷却至室温，同时检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，步骤1.1.2至步骤1.1.6完成一次预处理测试；

步骤1.1.7，重复步骤1.1.2至步骤1.1.6，测试直到设定的预处理测试循环数完成，或者在任一次预处理测试中的任意时刻，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，与设定的最高温度下的理论电阻值相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值。

一种用于实现上述PCB互联可靠性测试方法的测试装置，其结构包括：机柜，若干样品安装单元，若干冷却单元，若干加热单元，电源单元，测量单元，控制单元，显示和输入单元以及个单元之间的连接电缆，各单元的结构和功能如下：

样品安装单元，用于安装和固定样品，安装于机柜顶部，为U型槽型，槽一端连接冷却单元，另一端开孔，槽内安装样品固定支架，用于测试样品的固定，槽上安装槽盖或不安装槽盖；

冷却单元，安装于机柜顶部，与样品安装单元的U型槽一端连接固定或者设置于样品安装单元的U型槽的内部一端，用于对样品进行冷却，冷却单元采用风扇冷却，风扇出风方向朝样品安装单元的U型槽，每一个样品安装单元连接一个冷却单元，各冷却单元可以独立被控制单元控制开启和关闭；

加热单元，安装于机柜内部，通过电缆以及连接器与样品安装单元内的测试样品连接，用于提供测试电流，对样品进行加热，通过电缆与电源单元连接，通过电缆与控制单元连接，接受控制单元的控制指令，每一个样品安装单元通过电缆连接一个加热单元，各加热单元可以独立被控制单元控制；

电源单元，安装于机柜内部，通过电缆与加热单元，和冷却单元连接，用于为加热单元和冷却单元提供电源，通过电缆与控制单元连接，接受控制单元的控制指令；

测量单元，安装于机柜内部，通过电缆以及连接器与样品安装单元内的测试样品连接，用于测量样品的温度和电阻，通过电缆与控制单元连接，接受控制单元的控制指令，并将测试数据传输至控制单元；

控制单元，安装于机柜内部，通过电缆与电源单元，加热单元，冷却单元，测量单元以及显示和输入单元连接，用于发出控制指令控制其他单元，并接受其他单元的信号和数据，进行数据处理；

显示和输入单元，将测试过程中数据和图表显示输出，输入测试设置。

本发明的有益效果。与传统的PCB互联可靠性测试方法和装置比较，本发明的测试方法和装置的优点是：

1. 测试速度快，由于本发明的方法和装置，各样品有独立的加热单元提供电流，并且样品从内部加热，升温和降温速度快，数分钟即可完成一次测试循环，因此一天或数天就可以完成使用传统高低温热冲击箱测试需要几十天甚至数月才能完成的PCB互联可靠性测试；

2. 测试所需要设备小，本发明的装置，各结构单元的体积小，因此测试设备体积小，测试设备简单，并且由于使用电流加热，而且不需要将样品温度降低到室温以下，因此不需要不需要附属的气体加热和制冷装置；

3. 测试结果准确，每片样品被独立加热并测量温度和电阻，因此可以保证每片样品达到设定的测试温度，从而保证测试的准确，样品的电阻一旦发生失效可以被立即检测到并停止该样品的测试。

附图说明

图1 为发明的可靠性测试装置的结构示意图，为清晰的图示其结构，其中样品安装单元，冷却单元以及加热单元在图中仅画出一个，实际装置中包含有若干样品安装单元，若干冷却单元以及若干加热单元。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，一种用于PCB互联可靠性测试装置，其结构包括机柜101，8个样品安装单元102，8个冷却单元105，8个加热单元106，电源单元107，测量单元110，控制单元108，显示和输入单元109以及个单元之间的连接电缆。

样品安装单元102，用于安装和固定样品103，安装于机柜101顶部，为U型槽型，槽一端连接冷却单元105，另一端开孔，槽内安装样品固定支架104，用于测试样品的固定，槽上不安装槽盖。

冷却单元105，安装于机柜101顶部，与样品安装单元102的U型槽一端连接固定，用于对样品进行冷却。冷却单元105采用风扇冷却，风扇出风方向朝样品安装单元102的U型槽，各冷却单元可以独立被控制单元控制开启和关闭。

加热单元106，安装于机柜101内部，通过电缆以及连接器与样品安装单元102内的测试样品103连接，用于提供测试电流，对样品103进行加热，通过电缆与电源单元107连接，通过电缆与控制单元108连接，接受控制单元108的控制指令，各加热单元可以独立被控制单元控制。

电源单元107，安装于机柜101内部，通过电缆与加热单元106，和冷却单元105连接，用于为加热单元106和冷却单元105提供电源，通过电缆与控制单元108连接，接受控制单元108的控制指令。

测量单元110，安装于机柜110内部，通过电缆以及连接器与样品安装单元102内的测试样品103连接，用于测量样品103的温度和电阻，通过电缆与控制单元108连接，接受控制单元108的控制指令，并将测试数据传输至控制单元108。

控制单元108，安装于机柜110内部，通过电缆与电源单元107，加热单元106，冷却单元105，测量单元110以及显示和输入单元109连接，用于发出控制指令控制其他单元，并接受其他单元的信号和数据，进行数据处理。

显示和输入单元109，将测试过程中数据和图表显示输出，输入测试设置。

一种PCB互联可靠性测试方法，使用的测试样品包括加热端互联网络和受热端互联网络，其中加热端互联网络由上下两层的线路组成，受热端互连网络由通孔和各层的线路连接组成，先将测试样品103安装于测试装置的样品安装单元102，用样品固定支架104固定，并连接好加热端互联网络和受热端互联网络的测试电缆和连接器，然后按照以下步骤测试，

步骤1，设定高温测试温度150℃，加热时间180秒，冷却时间180秒，测试循环数250，电阻变化率失效阀值10%；

步骤1.1，预处理测试，预处理步骤1.1包括以下步骤1.1.1至步骤1.1.7；

步骤1.1.1，设定预热温度120℃，回流温度187℃，最高温度245℃，回流时间60秒，预处理测试循环数为6次，电阻变化率失效阀值10%；

步骤1.1.2，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度快速上升达到设定的预热温度；

步骤1.1.3，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度平缓上升达到设定的回流温度；

步骤1.1.4，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度上升达到设定的回流温度；并开始计时；

步骤1.1.5，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使得样品温度保持在回流温度与最高温度之间，直到设定的回流时间完成；

步骤1.1.6，停止在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，将样品冷却至室温，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，步骤1.1.2至步骤1.1.6完成一次预处理测试；

步骤1.1.7，重复步骤1.1.2至步骤1.1.6，测试直到设定的预处理测试循环数完成，或者在任一次预处理测试中的任意时刻，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，与设定的最高温度下的理论电阻值相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值；

步骤2，在样品的加热端互连网络中通入的测试电流，持续设定的加热时间，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻；

步骤3，停止测试电流，并对测试样品进行冷却至室温，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，步骤2与步骤3完成一次预循环测试；

步骤4，判断，如在设定的加热时间内，样品未达到或已经超过设定的高温测试温度，则调整测试电流，重复进行步骤2至步骤3，直到在设定的加热时间内，样品达到设定的高温测试温度，并记录此次预循环测试的测试电流值；

步骤5，在样品的加热端互连网络中通入步骤4中记录测试电流值，持续设定的加热时间，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻；

步骤6，停止测试电流，对测试样品进行冷却至室温，检测样品的温度和加热端互连网络和受热端互连网络的电阻，步骤5与步骤6完成一次循环测试；

步骤7，重复步骤5和步骤6，测试直到设定的循环测试循环数完成，或者，在任一次循环测试中的任意时刻，加热端互连网络和/或受热端互连网络的电阻，与第一次循环测试中的在高温测试温度下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值。

以上所述实施例仅表达料本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出如干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种PCB互联可靠性测试方法，其特征在于，所述方法使用的测试样品包括加热端互联网络和受热端互联网络，其中加热端互联网络由一层或若干层的线路组成，或者由通孔，盲孔或埋孔的一种或几种和各层的线路连接组成，受热端互连网络由通孔，盲孔或埋孔的一种或几种和各层的线路连接组成，所述测试方法包括以下步骤，

步骤1，设定高温测试温度或温度范围，加热时间，冷却时间，测试循环数，电阻变化率失效阀值；

步骤2，在样品的加热端互联网络中通入的测试电流，持续设定的加热时间，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻；

步骤3，停止测试电流，并对样品进行冷却至室温，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，步骤2与步骤3完成一次预循环测试；

步骤4，判断，如在设定的加热时间内，样品未达到或已经超过设定的高温测试温度或温度范围，则调整测试电流，重复进行步骤2至步骤3，直到在设定的加热时间内，样品达到设定的高温测试温度或温度范围，并记录此次预循环测试的测试电流值；

步骤5，在样品的加热端互连网络中通入步骤4中记录测试电流值，持续设定的加热时间，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻；

步骤6，停止测试电流，对测试样品进行冷却至室温，检测样品的温度和加热端互连网络和受热端互连网络的电阻，步骤5与步骤6完成一次循环测试；

步骤7，重复步骤5和步骤6，测试直到设定的循环测试循环数完成，或者样品达到设置的失效条件。

2.如权利要求1所述的一种PCB互联可靠性测试方法，其特征在于，所述步骤7中设置的失效条件为以下条件中至少一条达到，

条件1，在任一次循环测试中的任意时刻，加热端互连网络和/或受热端互连网络的电阻，与第一次循环测试中的在高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值，或者，在任一次循环测试中的任意时刻，加热端互连网络和/或受热端互连网络的电阻，与在设定的加热时间内样品达到设定的高温测试温度或温度范围的预循环测试中的高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值；

条件2，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的高温测试温度下的电阻，与第一次循环测试中的在高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值，或者，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的高温测试温度或温度范围下的电阻，与在设定的加热时间内样品达到设定的高温测试温度的预循环测试中的高温测试温度或温度范围下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值；

条件3，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的室温下的电阻，与第一次循环测试中的在室温下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值，或者，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，在任一次循环测试中的室温下的电阻，与在设定的加热时间内样品达到设定的高温测试温度的预循环测试中的室温下的电阻相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值。

3.如权利要求书1所述的一种PCB互联可靠性测试方法，其特征在于，所述步骤2之前可加入预处理步骤1.1，预处理步骤1.1包括，

步骤1.1.1，设定预热温度，回流温度，最高温度，回流时间，预处理测试循环数，电阻变化率失效阀值；

步骤1.1.2，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度快速上升达到设定的预热温度；

步骤1.1.3，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度平缓上升达到设定的回流温度；

步骤1.1.4，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使样品温度上升达到设定的回流温度；并开始计时；

步骤1.1.5，在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，使得样品温度保持在回流温度与最高温度之间，直到设定的回流时间完成；

步骤1.1.6，停止在样品的加热端互连网络中通入的加热电流，将样品冷却至室温，同时检测样品的温度和加热端互连网络以及受热端互连网络的电阻，步骤1.1.2至步骤1.1.6完成一次预处理测试；

步骤1.1.7，重复步骤1.1.2至步骤1.1.6，测试直到设定的预处理测试循环数完成，或者在任一次预处理测试中的任意时刻，加热端互连网络和或受热端互连网络的电阻，与设定的最高温度下的理论电阻值相比的变化率，超过设定的电阻变化率阀值。

4.一种用于实现权利要求1中的PCB互联可靠性测试方法的测试装置，其包括：机柜，若干样品安装单元，若干冷却单元，若干加热单元，电源单元，测量单元，控制单元，显示和输入单元以及个单元之间的连接电缆。

5.如权利要求3所述的一种PCB互联可靠性测试装置，其特征在于，

所述样品安装单元，用于安装和固定样品，安装于机柜顶部，为U型槽型，槽一端连接冷却单元，另一端开孔，槽内安装样品固定支架，用于测试样品的固定，槽上安装槽盖或不安装槽盖；

所述冷却单元，安装于机柜顶部，与样品安装单元的U型槽一端连接固定或者固定在样品安装单元的U型槽内部一端，用于对样品进行冷却，冷却单元采用风扇冷却，风扇出风方向朝样品安装单元的U型槽，每一个样品安装单元连接一个冷却单元，各冷却单元可以独立被控制单元控制开启和关闭；

所述加热单元，安装于机柜内部，通过电缆以及连接器与样品安装单元内的测试样品连接，用于提供测试电流，对样品进行加热，通过电缆与电源单元连接，通过电缆与控制单元连接，接受控制单元的控制指令，每一个样品安装单元通过电缆连接一个加热单元，各加热单元可以独立被控制单元控制；

所述电源单元，安装于机柜内部，通过电缆与加热单元，和冷却单元连接，用于为加热单元和冷却单元提供电源，通过电缆与控制单元连接，接受控制单元的控制指令；

所述测量单元，安装于机柜内部，通过电缆以及连接器与样品安装单元内的测试样品连接，用于测量样品的温度和电阻，通过电缆与控制单元连接，接受控制单元的控制指令，并将测试数据传输至控制单元；

所述控制单元，安装于机柜内部，通过电缆与电源单元，加热单元，冷却单元，测量单元以及显示和输入单元连接，用于发出控制指令控制其他单元，并接受其他单元的信号和数据，进行数据处理；

所述显示和输入单元，将测试过程中数据和图表显示输出，输入测试设置。