T∕CSTM 01024-2023 导电阳极丝热成像辅助定位失效分析方法.pdf

ICS 31.180 CCS L 30 团 体 标 准 T/CSTM 010242023 导电阳极丝热成像辅助定位失效分析方法 Failure analysis method of thermal imaging-assisted positioning for conductive anodic filament 2023-06-21 发布 2023-09-21 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 I 目 次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 原理.2 5 试验条件.2 6 仪器设备.3 7 试剂和材料.3 8 样品.3 9 试验步骤.3 9.1 检查失效网络.3 9.2 热成像分析（无损定位失效点）.3 9.3 切片分析.5 10 试验报告.6 学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 II 前 言 本文件参照 GB/T1.12020标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则，GB/T 20001.42015标准编写规则 第 4 部分：试验方法标准的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料标准化领域委员会（CSTM/FC51）提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料领域覆铜板材料标准化技术委员会（CSTM/FC51/TC01）归口。学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 1 导电阳极丝热成像辅助定位失效分析方法 1 范围 本文件规定了导电阳极丝热成像辅助定位失效分析方法的原理、试验条件、仪器设备、试剂和材料、样品、试验步骤以及试验报告的要求。本文件适用于导电阳极丝试验过程中/后绝缘阻值低于 108的印制板。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 2036 印制电路术语 GB/T 4677-2002 印制板测试方法试验 15b：显微剖切 3 术语和定义 GB/T 2036 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 导电阳极丝 conductive anodic filament（以下简称 CAF）金属离子在电场的作用下，沿玻纤/树脂间隙移动，析出金属和化合物，形成漏电通道的现象，漏电通道可能出现在镀覆孔到镀覆孔、镀覆孔到内层导体及内层导体到内层导体之间，如图 1 所示。a)镀覆孔到镀覆孔 b)镀覆孔到内层导体 c)内层导体到内层导体 图 1 导电阳极丝示意图 学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 2 3.2 红外热点分析图 infrared hot spot analysis diagram 红外传感器收集到样品表面热发射数据后，呈现的图像即红外热点分析图，如图 2 所示。图 2 红外热点分析图 3.3 红外热点叠加图 infrared hot spot stacking diagram 红外热点叠加图是将红外热点分析图与样品表面的外观图像叠加，可从外观图像上观测到发热点所在位置对应于样品表面的具体位置，如图 3 所示。图 3 红外热点叠加图 4 原理 CAF 失效导致绝缘电阻降低，通电时会因为发热产生微弱的红外能量，高灵敏度的红外探测器能够捕捉热源产生的位置，精确定位故障。红外系统结合锁相技术硬件和软件特殊算法，通过给样品连接脉冲电源，提供周期性的热激励源，若样品存在缺陷，缺陷处的热量会被周期性的传导到样品表面，样品表面温度分布将发生周期性变化，结合算法可以检测到缺陷对应于样品表面的位置。5 试验条件 除另有规定外，试验应在以下条件下进行：a)环境温度：1525；b)相对湿度：45%75%；学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 3 c)大气压力：86KPa106KPa。6 仪器设备 6.1 热成像显微镜，具体要求如下：a)包含两个探针座的探针台，加热台温度可达 50；b）直流电源，可独立调整电流和电压，测试电压最小值为 0.1VDC，限流最小值为 1A；c）探测器，灵敏度至少达到 25mK25；d)分析软件具有锁相热成像（Lock-in）功能；e）电源方波频率可设置 15Hz 以下。6.2 电烙铁，可加热至 450。6.3 金相湿磨/抛光系统或设备。6.4 金相显微镜。6.5 电子扫描显微镜，含有背散射探头。6.6 能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)。7 试剂和材料 7.1 牌号为 Sn63/Pb37 的焊锡丝。7.2 带有绝缘层的铜导线。7.4 导热双面胶。7.4 水晶胶。8 样品 CAF试验后绝缘阻值低于108的失效样品，满足焊接条件的样品在测试点处焊接导线。9 试验步骤 9.1 检查失效网络 根据绝缘阻值确定具体的失效网络，并对失效网络表面进行检查，查看是否有枝晶、离子迁移或异物等异常现象。同时，确认绝缘阻值是否为 108以下，如果是 108以下直接按照 9.29.3 进行试验，否则，需要重新模拟试验直至阻值低于 108，然后再按照 9.29.3 进行试验。9.2 热成像分析（无损定位失效点）9.2.1 连接电源 学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 4 使用导热双面胶将失效样品固定在红外热成像显微镜样品台上，用探针或引线的方式，将失效样品与电源正负极相连。9.2.2 选择镜头 根据样品尺寸大小选择合适视野范围的红外镜头，一般先观测失效链路全貌，找到热点后，更换红外镜头对失效点局部放大拍照。9.2.3 调节镜头 通过升降镜头的高度使样品表面图像聚焦清晰，如因样品表面光滑等因素导致无法聚焦到清晰图像，可使用加热台对样品适当升温，例如升温至 2850，以增加样品表面发射率从而得到清晰图像。9.2.4 设置测试电压和限流 测试电压和限流初始值应设置较低数值，防止 CAF 被高电流破坏，建议初始测试电压设置为0.1VDC、初始限流设置为 1A。9.2.5 调节测试参数 打开电源输出开关，观察电流、功率及阻值，实际电流等于限流时，需适当增大限流的设置值，当功率小于 100w 或阻值不稳定时建议逐渐增大测试电压，测试电压5VDC 建议步进 1VDC，测试电压5VDC 建议步进 5VDC，待功率大于 100w 且阻值稳定时即可使用该参数进行测试。一般情况，电阻越大，设置的测试电压越大，设置电压建议不超过 CAF 试验的测试电压。9.2.6 设置电源方波周期 依据样品厚度及预计失效位置深度设置电源方波周期，样品越薄或失效位置离样品表面越浅，周期设置值越小，例如厚度1.6mm 的样品可将周期设置为 1Hz 或 2s，对于厚样品和失效位置较深，则需增大方波周期设置值。9.2.7 开始测试 开始测试后电源周期性输出方波型电压加载至样品，待红外传感器收集到样品表面热发射数据图像后，观察样品表面发热变化，当热发射数据图像上存在热量聚集和扩散过程的区域时，该区域即为失效位置，如图 4 所示，图 4a)到图 4b)呈现的是电源打开时热量聚集的过程，图 4c)到图 4e)呈现的是电源关闭时热量扩散的过程。发热点分散或无发热点时，需重新设置电压、限流和方波周期等参数设置，当测试电压达到 CAF 试验施加的电压时，约 30S 未出现发热点的差异，判定样品在此条件下无 CAF 失效点。学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 5 a)热量聚集初期 b)热量聚集末期 c)热量扩散初期 d)热量扩散中期 e)热量扩散末期 图 4 热量聚集和扩散过程 9.2.8 输出红外热点叠加图 输出红外热点叠加图，如图 3 所示。9.3 切片分析 使用热成像显微镜找到失效点后，进行切片研磨，研磨方向如图 5 所示，必要时可使用 EDS 对CAF 的横截面进行元素分析，辅助判断失效原因。图 5 研磨方向示意图 9.3.1 水平研磨分析 通过热成像显微镜确认失效点后，按 GB/T 4677-2002 印制板测试方法试验 15b：显微剖切进行显微切片的制备，以找到具体的 CAF 并判定失效原因。首先进行水平逐层研磨，结合板件的叠层结构判定适合的观察点，并逐层观察。若根据热点分析结果结合样品设计能够精准定位到两绝缘导体间，可先进行垂直研磨分析，再水平研磨分析。9.3.2 垂直研磨分析 水平研磨分析找到 CAF 的层次位置后，可以开始垂直的研磨分析，垂直研磨方向有两种，即平行CAF 和垂直 CAF 两个方向，具体按如下步骤进行：a)平行 CAF 方向研磨：一般情况下，建议先平行于 CAF 生长方向研磨，在金相显微镜中使用暗场CAF+-垂直研磨方向（平行垂直研磨方向（平行 CAF）水平研磨方向水平研磨方向 L1 L2 L3 学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 6 模式进行观察，如图 6 所示；a）平行 CAF 方向研磨示意图 b)扫描电镜观察结果图 图 6 平行 CAF 方向研磨示意图和扫描电镜观察结果图 b)垂直 CAF 方向研磨：平行 CAF 方向研磨后，建议垂直 CAF 方向进行研磨，必要时可使用扫描电镜的背散射模式观察 CAF 横截面，如图 7 所示；a）垂直 CAF 方向研磨示意图 b)扫描电镜观察结果图 图 7 垂直 CAF 方向研磨示意图和 c)当 CAF 呈细小的丝状时，平行细丝方向研磨时容易损坏细丝，可跳过 9.3.2 a）步骤，直接进行垂直 CAF 方向研磨，得到 CAF 的横截面。10 试验报告 试验报告应包括但不限于下列内容：a）失效分析环境：环境温度、相对湿度、大气压力；b）样品信息：包含但不限于材料型号和绝缘间距；c）仪器设备：包含但不限于分析设备品牌和型号；d）测试信息：包含但不限于测试电压、限流和电源方波设置频率；e）分析结果：包含但不限于红外热点与样品外观叠加图和切片分析图（注：当做了元素成分分析时，需要将成分分析结果同步附上）；垂直垂直 CAF 方向方向研磨研磨 学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 7 f）试验人员和试验日期。学兔兔 标准下载T/CSTM 01024-2023 6 附录 A 起草单位和主要起草人 本文件起草单位：深南电路股份有限公司、南通深南电路有限公司、无锡深南电路有限公司、工业和信息化部电子第五研究所、深圳市美信检测技术股份有限公司、广州广合科技股份有限公司、上海材料研究所、天芯互联科技有限公司。本文件主要起草人：戴炯、陈利、张凯、孙朝宁、叶晓菁、陈宗喜、朱李峰、王硕、何骁、沈江华、周斌、张莹洁、张伟、黎钦源、马峰岭、刘建辉。_ 学兔兔 标准下载