ICS31.180

CCSL30

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTM01024—2023

導(dǎo)電陽極絲熱成像輔助定位失效分析方法

Failureanalysismethodofthermalimaging-assistedpositioningforconductive

anodicfilament

2023全國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)-06-21發(fā)布2023-09-21實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTM01024-2023

導(dǎo)電陽極絲熱成像輔助定位失效分析方法

1范圍

本文件規(guī)定了導(dǎo)電陽極絲熱成像輔助定位失效分析方法的原理、試驗(yàn)條件、儀器設(shè)備、試劑和材

料、樣品、試驗(yàn)步驟以及試驗(yàn)報(bào)告的要求。

本文件適用于導(dǎo)電陽極絲試驗(yàn)過程中/后絕緣阻值低于108Ω的印制板。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T2036印制電路術(shù)語

GB/T4677-2002印制板測(cè)試方法試驗(yàn)15b：顯微剖切

3術(shù)語和定義

GB/T2036界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

導(dǎo)電陽極絲conductiveanodicfilament（以下簡(jiǎn)稱CAF）

金屬離子在電場(chǎng)的作用下，沿玻纖/樹脂間隙移動(dòng)，析出金屬和化合物，形成漏電通道的現(xiàn)象，漏

電通道可能出現(xiàn)在鍍覆孔到鍍覆孔、鍍覆孔到內(nèi)層導(dǎo)體及內(nèi)層導(dǎo)體到內(nèi)層導(dǎo)體之間，如圖1所示。

全國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)

a)鍍覆孔到鍍覆孔b)鍍覆孔到內(nèi)層導(dǎo)體c)內(nèi)層導(dǎo)體到內(nèi)層導(dǎo)體

圖1導(dǎo)電陽極絲示意圖

1

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3.2

紅外熱點(diǎn)分析圖infraredhotspotanalysisdiagram

紅外傳感器收集到樣品表面熱發(fā)射數(shù)據(jù)后，呈現(xiàn)的圖像即紅外熱點(diǎn)分析圖，如圖2所示。

圖2紅外熱點(diǎn)分析圖

3.3

紅外熱點(diǎn)疊加圖infraredhotspotstackingdiagram

紅外熱點(diǎn)疊加圖是將紅外熱點(diǎn)分析圖與樣品表面的外觀圖像疊加，可從外觀圖像上觀測(cè)到發(fā)熱點(diǎn)所

在位置對(duì)應(yīng)于樣品表面的具體位置，如圖3所示。

圖3紅外熱點(diǎn)疊加圖

4原理

CAF失效導(dǎo)致絕緣電阻降低，通電時(shí)會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱產(chǎn)生微弱的紅外能量，高靈敏度的紅外探測(cè)器能

夠捕捉熱源產(chǎn)生的位置，精確定位故障。紅外系統(tǒng)結(jié)合鎖相技術(shù)硬件和軟件特殊算法，通過給樣品連接

脈沖電源，提供周期性的熱激勵(lì)源，若樣品存在缺陷，缺陷處的熱量會(huì)被周期性的傳導(dǎo)到樣品表面，樣

品表面溫度分布將發(fā)生周期性變化，結(jié)合算法可以檢測(cè)到缺陷對(duì)應(yīng)于樣品表面的位置。

5試驗(yàn)條件全國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)

除另有規(guī)定外，試驗(yàn)應(yīng)在以下條件下進(jìn)行：

a)環(huán)境溫度：15℃~25℃；

b)相對(duì)濕度：45%~75%；

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c)大氣壓力：86KPa~106KPa。

6儀器設(shè)備

6.1熱成像顯微鏡，具體要求如下：

a)包含兩個(gè)探針座的探針臺(tái)，加熱臺(tái)溫度可達(dá)50℃；

b）直流電源，可獨(dú)立調(diào)整電流和電壓，測(cè)試電壓最小值為0.1VDC，限流最小值為1μA；

c）探測(cè)器，靈敏度至少達(dá)到25mK@25℃；

d)分析軟件具有鎖相熱成像（Lock-in）功能；

e）電源方波頻率可設(shè)置15Hz以下。

6.2電烙鐵，可加熱至450℃。

6.3金相濕磨/拋光系統(tǒng)或設(shè)備。

6.4金相顯微鏡。

6.5電子掃描顯微鏡，含有背散射探頭。

6.6能譜儀(EnergyDispersiveSpectrometer,EDS)。

7試劑和材料

7.1牌號(hào)為Sn63/Pb37的焊錫絲。

7.2帶有絕緣層的銅導(dǎo)線。

7.4導(dǎo)熱雙面膠。

7.4水晶膠。

8樣品

CAF試驗(yàn)后絕緣阻值低于108Ω的失效樣品，滿足焊接條件的樣品在測(cè)試點(diǎn)處焊接導(dǎo)線。

9試驗(yàn)步驟

9.1檢查失效網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)絕緣阻值確定具體的失效網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)失效網(wǎng)絡(luò)表面進(jìn)行檢查，查看是否有枝晶、離子遷移或異

物等異?，F(xiàn)象。同時(shí)，確認(rèn)絕緣阻值是否為108Ω以下，如果是108Ω以下直接按照9.2～9.3進(jìn)行試驗(yàn)，

否則，需要重新模擬試驗(yàn)直至阻值低于全國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)108Ω，然后再按照9.2～9.3進(jìn)行試驗(yàn)。

9.2熱成像分析（無損定位失效點(diǎn)）

9.2.1連接電源

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使用導(dǎo)熱雙面膠將失效樣品固定在紅外熱成像顯微鏡樣品臺(tái)上，用探針或引線的方式，將失效樣品

與電源正負(fù)極相連。

9.2.2選擇鏡頭

根據(jù)樣品尺寸大小選擇合適視野范圍的紅外鏡頭，一般先觀測(cè)失效鏈路全貌，找到熱點(diǎn)后，更換紅

外鏡頭對(duì)失效點(diǎn)局部放大拍照。

9.2.3調(diào)節(jié)鏡頭

通過升降鏡頭的高度使樣品表面圖像聚焦清晰，如因樣品表面光滑等因素導(dǎo)致無法聚焦到清晰圖像，

可使用加熱臺(tái)對(duì)樣品適當(dāng)升溫，例如升溫至28℃~50℃，以增加樣品表面發(fā)射率從而得到清晰圖像。

9.2.4設(shè)置測(cè)試電壓和限流

測(cè)試電壓和限流初始值應(yīng)設(shè)置較低數(shù)值，防止CAF被高電流破壞，建議初始測(cè)試電壓設(shè)置為

0.1VDC、初始限流設(shè)置為1μA。

9.2.5調(diào)節(jié)測(cè)試參數(shù)

打開電源輸出開關(guān)，觀察電流、功率及阻值，實(shí)際電流等于限流時(shí)，需適當(dāng)增大限流的設(shè)置值，當(dāng)

功率小于100μw或阻值不穩(wěn)定時(shí)建議逐漸增大測(cè)試電壓，測(cè)試電壓≤5VDC建議步進(jìn)1VDC，測(cè)試電

壓≥5VDC建議步進(jìn)5VDC，待功率大于100μw且阻值穩(wěn)定時(shí)即可使用該參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。一般情況，

電阻越大，設(shè)置的測(cè)試電壓越大，設(shè)置電壓建議不超過CAF試驗(yàn)的測(cè)試電壓。

9.2.6設(shè)置電源方波周期

依據(jù)樣品厚度及預(yù)計(jì)失效位置深度設(shè)置電源方波周期，樣品越薄或失效位置離樣品表面越淺，周期

設(shè)置值越小，例如厚度＜1.6mm的樣品可將周期設(shè)置為1Hz或2s，對(duì)于厚樣品和失效位置較深，則需

增大方波周期設(shè)置值。

9.2.7開始測(cè)試

開始測(cè)試后電源周期性輸出方波型電壓加載至樣品，待紅外傳感器收集到樣品表面熱發(fā)射數(shù)據(jù)圖像

后，觀察樣品表面發(fā)熱變化，當(dāng)熱發(fā)射數(shù)據(jù)圖像上存在熱量聚集和擴(kuò)散過程的區(qū)域時(shí)，該區(qū)域即為失效

位置，如圖4所示，圖4a)到圖4b)呈現(xiàn)的是電源打開時(shí)熱量聚集的過程，圖4c)到圖4e)呈現(xiàn)的是電源

關(guān)閉時(shí)熱量擴(kuò)散的過程。發(fā)熱點(diǎn)分散或無發(fā)熱點(diǎn)時(shí)，需重新設(shè)置電壓、限流和方波周期等參數(shù)設(shè)置，當(dāng)

測(cè)試電壓達(dá)到CAF試驗(yàn)施加的電壓時(shí)，約30S未出現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)的差異，判定樣品在此條件下無CAF失效

點(diǎn)。

全國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)

4

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a)熱量聚集初期b)熱量聚集末期c)熱量擴(kuò)散初期d)熱量擴(kuò)散中期e)熱量擴(kuò)散末期

圖4熱量聚集和擴(kuò)散過程

9.2.8輸出紅外熱點(diǎn)疊加圖

輸出紅外熱點(diǎn)疊加圖，如圖3所示。

9.3切片分析

使用熱成像顯微鏡找到失效點(diǎn)后，進(jìn)行切片研磨，研磨方向如圖5所示，必要時(shí)可使用EDS對(duì)

CAF的橫截面進(jìn)行元素分析，輔助判斷失效原因。

水平研磨方向

L1

CAF

+-

L2

L3

垂直研磨方向（平行CAF）

圖5研磨方向示意圖

9.3.1水平研磨分析

通過熱成像顯微鏡確認(rèn)失效點(diǎn)后，按GB/T4677-2002印制板測(cè)試方法試驗(yàn)15b：顯微剖切進(jìn)行顯

微切片的制備，以找到具體的CAF并判定失效原因。首先進(jìn)行水平逐層研磨，結(jié)合板件的疊層結(jié)構(gòu)判定

適合的觀察點(diǎn)，并逐層觀察。若根據(jù)熱點(diǎn)分析結(jié)果結(jié)合樣品設(shè)計(jì)能夠精準(zhǔn)定位到兩絕緣導(dǎo)體間，可先進(jìn)

行垂直研磨分析，再水平研磨分析。

9.3.2垂直研磨分析

水平研磨分析找到全國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)CAF的層次位置后，可以開始垂直的研磨分析，垂直研磨方向有兩種，即平行

CAF和垂直CAF兩個(gè)方向，具體按如下步驟進(jìn)行：

a)平行CAF方向研磨：一般情況下，建議先平行于CAF生長方向研磨，在金相顯微鏡中使用暗場(chǎng)

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模式進(jìn)行觀察，如圖6所示；

a）平行CAF方向研磨示意圖b)掃描電鏡觀察結(jié)果圖

圖6平行CAF方向研磨示意圖和掃描電鏡觀察結(jié)果圖

b)垂直CAF方向研磨：平行CAF方向研磨后，建議垂直CAF方向進(jìn)行研磨，必要時(shí)可使用掃描電鏡

的背散射模式觀察CAF橫截面，如圖7所示；

垂直CAF方向研磨

a）垂直CAF方向研磨示意圖b)掃描電鏡觀察結(jié)果圖

圖7垂直CAF方向研磨示意圖和

c)當(dāng)CAF呈細(xì)小的絲狀時(shí)，平行細(xì)絲方向研磨時(shí)容易損壞細(xì)絲，可跳過9.3.2a）步驟，直接進(jìn)行

垂直CAF方向研磨，得到CAF的橫截面。

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括但不限于下列內(nèi)容：

a）失效分析環(huán)境：環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力；

b）樣品信息：包含但不限于材料型號(hào)和絕緣間距；

c）儀器設(shè)備：包含但不限于分析設(shè)備品牌和型號(hào)；

d全國團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)）測(cè)試信息：包含但不限于測(cè)試電壓、限流和電源方波設(shè)置頻率；

e）分析結(jié)果：包含但不限于紅外熱點(diǎn)與樣品外觀疊加圖和切片分析圖（注：當(dāng)做了元素成分分析

時(shí)，需要將成分分析結(jié)果同步附上）；