图1：手指向下按着元器件才能正常工作

行业常见的情况是，在制造完成PCB并发送给客户以后，在组装或热测试成品过程中才会发现微导通孔失效。而有的客户甚至要更晚才能发现失效。实际上是有方法检查微导通孔质量的，确保能够承受组装回流焊工艺和热冲击测试。

为什么要测试检查微导通孔？多数采用微导通孔的公司，其产品一般不是商用，故对可靠性有很高的要求。和美国境内的商业公司相比，军事和航空航天领域对微导通孔更感兴趣，因为他们在制造大量太空产品时，只能一次性放置元器件，不能重复使用。如果是在BGA上放置有1400个I/O的定制ASIC芯片，或者是一个ASIC元器件价值10万美元，没有公司会想在一块太空用的PCB上放置五六个价值10万美元的元件，只为弄清楚太空飞船指令为什么不可靠。

更经济更可行的方法是利用一部分PCB空间测试这种附连板。在设计中使用相同的几何结构、钻孔尺寸、焊盘尺寸和导通孔（无论是堆叠导通孔还是交错导通孔）生产附连板，使其与PCB具有相同的电源层、接地层和信号层，在交付PCB组装元器件之前来确认PCB可靠性。现在，就可以测试这种结构能否像预期的那样承受回流焊工艺。

在确认交付PCB前需要测试附连板的可接受性。很多公司未测试PCB是否可经受回流焊温度，也没有在回流焊过程中测试阻抗是否会发生变化。通过OM测试和IPC-T-650 2.6.27测试方法，就可以测试PCB在回流焊温度下的阻抗，确认能否安全承受组装制程。如果附连板出现了问题，就不能使用具有相同序号的PCB。如图3所示，任何失效造成的成本损失都会随时间推移而增加。

图3：为什么要做可靠性测试？

所有测试都采用IPC-T-650测试方法 2.6.27实际验证附连板是否能满足PCB设计要求。我会总结目前PCB制造商被要求采用的评估方法，深入探讨在不同温度下使用何种方法最好。为什么在某些情况下一些方法无法给出真正的评估结果？OM测试如何通过测试附连板来提供可信的成品评估结果？

目前使用的评估方法是采用A-B附连板，使其经受热应力，具体温度取决于PCB的组装工艺。如果是锡铅组装工艺，则温度为230℃至260℃，然后我们评估剖切面，检查微蚀刻、抛光后的附连板。

客户要求我们的工厂每个月都做性能测试。接下来我会对此进行具体介绍，以及电气测试时PCB会发生什么情况，以及为什么这种测试不能说明PCB是否有微导通孔弱界面。我还会展示一些实际使用的PCB，说明在内部评估期间当阻抗出现异常，及不符合IPC-6012时，D型附连板测试如何捕捉到不符合的导通孔。

为什么传统的测试方法不能满足需求？我们在给A附连板做显微切片或将情况复制到B附连板时，先从烘烤开始。首先要浮焊附连板，然后打磨。在抛光状况下，寻找是否存在分离。如果在200倍放大倍数下未看到微导通孔分离，且未检测到任何其他异常，就会用一根蘸有微蚀刻剂的棉签摩擦已抛光的附连板（图4）。

图4：在抛光后，发现了微蚀刻后的

剖面隐藏的较小分离

在图5中看到了测试结果，特别是起始箔上不同铜镀层上分离很明显。此案例中，闪镀微导通孔时电镀突然停止。然后我们做最后的计算，但现在所有证据都没有了，所以说是一个比较有争议的话题。我们在抛光后检查，如果在200倍下发现不了任何问题，就做微蚀刻。

图5：IPC-6012要求检查放大倍数为200倍到500倍

增加放大倍数之后，我们就能看到附连板微蚀刻后的状况。图5上半部分是附连板在300倍放大倍数下的状况。IPC规定微导通孔的初始检查放大倍数为200倍，如果发现有可疑之处，放大倍数可增加至500倍。如果还是未发现任何问题，则认为附连板是可接受的。但如果将相同的剖切面图像放大到3000倍，就能看到存在分离。根据制造商需要遵循的标准来看，可能并不会鉴别出这类分离，这样就会导致出现问题。这些问题可以通过所有剖切面评估，最终发运到客户手中，而且其间并没有人对D型附连板进行耐热测试，检查产品是否有弱连接微导通孔。相反，在组装时，用手向下按元器件才会发现PCB存在的问题。

图6所示为抛光后的附连板。左侧图片可以看出是3个堆叠微导通孔，未出现分离。从此刻开始，若想进一步评估，则需要微蚀刻后再检查。中间图片是2次锡铅回流焊后的剖切面，温度约为230℃，对试样的应力要小得多。可以看到分离，而且微导通孔的中部和顶部可能会存在分离。最右边的图片中，第1层和第2层之间的微导通孔目标焊盘出现了分离。

此时的状况应该为不可接受，也不符合要求。但因为厚度较薄、程度较轻微，可能会被疏漏。一旦PCB发运，就无法发现分界线了。

图6：为什么传统测试方法行不通

如果在微蚀刻之后发现附连板没有问题（图7），我们将专门采用聚焦离子铣削技术检查内部。可能会发现裂纹，有时候还会导致失效。有很多客户都会在PCB上采用4层堆叠导通孔，使用有1400个至1600个I/O的BGA。我告诉他们不能生产这种PCB，因为我们深知，这种PCB在组装过程中绝对会出问题。

图7：传统的测试方法无法检测出微导通孔弱连接缺陷

6个月后，我和两位博士参观他们的质检实验室，看到他们正在检查一块PCB，我就对他们说：“是不是只有按着元件时，PCB才能正常工作，但抬起手来就不行了。”他们反问我：“你怎么会知道？”我原本就没打算制造这种PCB，因为4层堆叠结构注定会出现这类失效。只有在使用非常昂贵、非常复杂的聚焦离子束铣削技术时才能检测到这类问题。

这些PCB制造商需要满足对3级供应商的另一个要求，就是每月进行一次质量符合测试。我们要提交当月生产的最复杂电路板进行测试。测试检查会进行返工仿真，检测黏合强度、剥离强度、介质可承受的电压和湿气对安装的影响等。但没有办法测试PCB工厂是否能生产可靠的微导通孔。

PCB制定完成后，会在室温下进行测试。弱连接微导通孔仍有足够的连接，会顺利通过电气测试，特别是电气测试将一个网的正常连接阻抗阈值设定为10欧姆及以下时。所以电气测试检测不出微导通孔弱连接。

过去的五六年里，在室温下进行测试时发生过很多有趣的故事，从一开始就对附连板做回流焊可靠性测试。当时，有些客户不愿测试附连板，所以在组装过程中遇到了问题。一般情况下，组装问题会发生于3或4层堆叠微导通孔。发出的PCB通过回流焊炉6次后，他们会联系说要求用我们的测试仪重新测试PCB，检查是否组装中会出现开路。

再次重申，测试是在室温下进行的。即使经过了6次回流焊，我们还是不能发现任何不合格的微导通孔弱连接。客户可能会想自费重新测试这些PCB，但在我检查其设计时，发现通常会是3层或4层堆叠微导通孔，而这种微导通孔是非常不推荐采用的（图8）。

图8：室温下的电气测试无法检测出微导通孔弱界面

大多数情况下，如果只在回流焊过程中发现了有缺陷的微导通孔，那就必然是开路。本案例中，可以看到有6个峰值。这是每个回流焊周期中的阻抗。红线表示无法不能超越的5%阈值；如果超过了，就是不良PCB，会被拒收。一般情况下不会听到PCB工厂说这些，但如果某个序号的PCB有问题，会直接报废。

如图9所示，阻抗超过5%红线阈值线均被视为缺陷。在回流焊峰值温度下时阻抗超过了5%阈值，但在冷却以后，会发现室温下阻抗不存在了，又恢复了连接，或者自行修复了，会错以为一切正常。但很多时候，这类问题只有在实际的回流焊温度下才能被检测出来。

图9：四线阻抗OM测试，

测试从室温升至回流焊温度时的阻抗

传统热冲击耐热测试使用测试箱，其温度通常只是从非常低的温度（-60℃）升高到160℃。人们原本认为每次回流焊后的阻抗发生变化，不需要检查。只需证明PCB能承受6次回流焊即可。然后把产品放在测试仪上，只在热冲击温度测试箱中完成阻抗的全部测量（图10）。

在图11的报告中，若仔细查看附连板的热冲击效果，然后再看右边，会看到黄线。前四列（分为两对）表示经历了100个周期后阻抗的变化。测试要求是经历100个周期，但当用回流焊做OM测试时，回流焊温度下的阻抗会立刻经受热冲击测试。每个黄色标注的对象在回流焊过程中阻抗超过了5%的阈值，未通过测试。

图11：图10中的同样一批附连板

经过回流焊测试后的统计结果

如果只采用热冲击测试，就会认为所有PCB都没有问题，都通过了热冲击测试。但如果进行回流焊测试，同时进行热冲击测试，就会发现有4个序号的PCB在回流焊过程中都出现了开路，甚至在热冲击测试后也出现了开路。虽然仍可保持PCB连接，如果继续使用，最终会在现场后期出现问题。

可以使用IST附连板和电流给样品升温，评估结构是否稳固。这种体系可以很好地对比哪种工艺更好，我也非常赞成这个观点。用这种对比体系很容易判断出哪种更好，而且不需要整个附连板都达到回流焊温度，和组装中真正PCB经历的状况一样。

图12中有箭头指向的实例，其右下方是附连板的热成像，电流会流经菊花链。附连板最热的位置就是正中心，也就是应力最大的点，连接器就焊接在上面。实际附连板本身并不会整个都经历回流焊。

图12：IST测试中，最热的位置是附连板中心

箭头指向的小黑点 ，分别为5个不同附连板上失效的微导通孔，均位于板中心，也就是热量最高的位置。而且这些附连板都来自不同的PCB的不同位置。我无法在具有同样几何结构的附连板中央生成连接最弱的微导通孔。它是验证工艺的优良对比测试方法，不需要整个附连板经历回流焊，只需要附连板和PCB具有相同结构、采用实际会经历的回流焊温度。

IPC-TM-650 2.6.27A测试方法就是解决方案。我们采用的是IPC认可的D型附连板，任何人都可采用导体分析技术制造出满足IPC要求的D型附连板。需要了解微导通孔、机械通孔或埋孔的直径，使用相同的焊盘尺寸来按照公司内部的要求生产自己的附连板。

指定第二层上是否有电源层或是否为信号层。按照实际PCB去制造附连板的目的就是为了测试类似PCB的结构。重要的是，激光钻孔和机械钻孔之间的距离都是相同的，焊盘之间的距离毫无意义。相反，激光钻孔边缘到机械钻孔边缘的距离越来越近时，失效的比例会变高；相距越远，就越安全。再次重申，我非常推荐OEM检查PCB制造商生产的附连板，以确保一切正常。D型附连板要和PCB的结构一致。要评估采用公司工艺流程生产的结构，附连板要和产品一致。附连板通过了测试，就意味着PCB在组装过程中不会出现问题。

附连板送入测试箱。OM测试目前属于24个点位测试。附连板位置不同，可以确定不同互连方式的策略。某些情况下，可能需要2到3个不同的附连板来测试电路板上不同的钻孔距离。每个附连板只能有两种不同的网。如果采用了不同配置的导通孔，需要在测试箱中测试多个PCB上的附连板。

图13和14为实际测试结果。虽然结果不是很理想，但却很真实。红色标注的就是没有通过回流焊测试的附连板。结果显示只有3块附连板通过了测试。

图13：测试结果(点击查看大图)

说明：

1. 阻抗大于15Ω时为“开路”。

2. 参考阻抗大于室温下初始阻抗的3倍为“开路”

3. 参考阻抗为高温下第1个周期时的阻抗

4. 标为红色的附连板为失效

5. 标为蓝色的附连板为不确定

图14：OM测试回流焊统计数据(点击查看大图)

如图15所示，封盖电镀的微导通孔中出现了空洞。而右下方的微导通孔则通过了测试。制造方法得当的情况下，就可以通过测试；但出现了问题就会失效。

图15：OM测试中检测到的WMI失效实例

这是一个真实案例，如图16。我制定了一个CAM新计划，专门针对5 mil微通孔，采用5 mil的激光导通孔，具有很高的厚径比。我强烈推荐厚径比为0.75:1.0。

图16：直径为0.005英寸，厚径比为1:1的微导通孔，介质理想值为0.0045英寸

图17所示是245℃下的测试循环。黑色的线是附连板上的实际温度。常规条件下的首次回流焊过程中，看起来一切如常。但在第二次回流焊过程中出现了失效，并且在逐渐进行到第6次回流焊过程中，失效越来越严重（图18）。

图17：实际D型附连板上的OM热循环

图18：网1在回流焊过程中的阻抗值（注意：所有附连板附连板都通过了第一个周期的测试）

图19给出了附连板结构，每块PCB上有两个附连板。客户用激光束在其中一个附连板上钻出第1层至第2层、第1层至第7层、第1层至第8层的微导通孔，然后又做出第2层至第7层的埋孔，并且在第二个附连板的网2上做第7层至第8层的微导通孔。图19为测试结果。因为微导通孔失效了，所以附连板均未通过测试。在检查时发现调整厚径比后的导通孔都失效了。于是告知CAM部门要做出以下调整。

图19：网的失效情况

介质增厚1 mil，激光导通孔直径调整回6 mil，如图20所示。变化率未超过阈值5%，图21表明测试通过率达到了100%。主要差别在于介质、激光导通孔直径只有头发丝直径的一半。一般PCB生产厂制程窗口都可以达到。

几何结构要有助于可靠通过OM测试以及PCB能顺利通过组装，这点极为重要。

图20：采用适当的导通孔直径和介质重做导通孔

图21：采用适当的导通孔和厚径比后，

测试通过率达到100%