一种PCB高电流测试方法与流程

本发明涉及pcb测试技术领域，尤其涉及一种pcb高电流测试方法。

背景技术

pcb(printedcircuitboard)，中文名称为印制电路板。作为电子元器件的重要载体，pcb与众多的电子元器件组合在一起，构造了生活中能见到的各式各样的电子产品。手机，智能手表，电脑，电视机，汽车，卫星，航天飞机…。

随着科技的进步，人类生活水平得到了极大的提高，人们对电子产品的安全性和可靠性提出了更高的要求。也许手机或者电脑的一次偶尔黑屏，你只需要复位或者重启一下，那只影响你的使用体验；假如手机电池的起火爆炸呢，假如高速行驶的车辆的突然失控呢，假如战机导弹的突然失效呢，假如天上的卫星突然失灵呢……这些事件的后果无法去想像，只希望永远永远不要出现在现实中。然而，随着电子产品的智能化程度越来越高，产品的体积越来越小，必然导致构成产品的电子元件和pcb的集成化程度越来越复杂，于是对pcb品质可靠性提出了新的难题。

pcb的生产过程非常复杂，一块pcb的诞生需要经历钻孔，沉铜，电镀，蚀刻…等等诸多工序。每一道工序中，或因设备参数问题，或因外部环境问题，或因人员操作问题，或因工艺配方问题，这诸多可能存在的因素掺杂在一起，可能会导致pcb成品出现品质隐患。

在电子产品的生产过程中，需要在pcb板材上贴装和焊接各式各样的电子元器件，所以pcb需要经历热风回焊炉或波峰焊等高温生产制程。在此类高温制程中，pcb板材的热膨胀可能会导致内层线路的连接出现问题，此类问题会影响pcb电路信号传输的完整性，也可能存在电子产品功能失效的潜在风险。通常此类问题在pcb板材风险中等级较高，影响范围较广，会导致pcb板生产工厂的巨额经济赔偿损失。

目前pcb板模拟测试试验大多使用如ir测试，测试，热油测试，tct，ist等测试，上述测试方法均无法应用在半成品制程过程中完成，测试所耗时间较长而无法进行批量作业，每种测试方法都存在一定的缺陷侦测盲区，且测试多为破坏性验证，只能进行样品验证。如热应力测试，无法监控到多孔，需要经过随机切片进行观察，且无法批量作业。

因此需要设一种pcb高电流测试方(其高电流的英文：highcurrenttest简称hct)，能弥补以上测试方法的不足，可以在制程生产过程中(半成品)能够进行批量测试，且不会对pcb产品造成任何损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种pcb高电流测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种pcb高电流测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

s1、前阻值量测：使用四线微阻仪对hctcoupon测试回路的两端进行阻值量测；

s2、大电流测试：如果前阻值测试通过，则进入大电流测试环节，操作步骤为：

a)首先使用恒温加热盘对hctcoupon测试区域进行均匀加热，使测试区域温度大约100℃左右，此环节可缩短测试时间，但是会导致100℃以内的变化情况不能侦测，如对测试所耗费时间没有太多要求，可省略此加热环节，直接从常温开始大电流测试；

b)对hctcoupon测试回路进行高电流测试，使用一个恒定的电流源加载在hctcoupon测试回路的两端，在靠近测试回路的两端增加一个电压表，在电流的作用下，电能持续转化为热能q＝i²*r*t(i为设定的恒定高电流，r为coupon测试回路的阻值，t为持续上电流的时间；i和t根据所设计的pcb的线路的铜厚度和线路宽度计算得来)此时hctcoupon区域温度会持续升高，由于金属的阻值会随着温度的升高而近乎线性的升高，而测试回路两端的电压v＝i*r，电压会随着温度的升高而升高；

c)持续的给hctcoupon测试回路通电一段时间，具体时间和pcb设计，以及测试的电压电流有关，通常使用热盘加热方式，则使用大电流进行测试，典型时间为10～20秒钟，如不使用热盘加热，则典型的时间为60秒钟，在此加热过程中，基板材质和金属导体材质都会因温度的升高而发生不同程度的形变，产生多个方向的应力；

s3、冷却降温，通过hct高电流测试之后，此时pcb待测区域温度通常较高，使用干燥冷却气体对hctcoupon测试区域进行快速冷却降温，待温度冷却至前阻值测量时的状态；

s4、后阻值量测，在经历了剧烈的温度变化之后，本身存在品质隐患的pcb产品就会产生细微的变化，此刻，需要对hctcoupon测试回路进行常温下的4线阻值测量；

s5、阻值变化率计算：

阻值变化率＝100％x(后阻值-前阻值)/前阻值。

优选的，在s2的c)中，此环节如果在规定的时间内，温度不能到达设定的区间或者超过设定的区域，则表示所设计的hctcoupon测试回路可能存在铜薄或者铜厚的现象，此过程中，在多个合力的作用下，结合力弱的部分就会被撕裂或者完全分离，此时则表现为pcb重大信赖度不良，如孔底分离，渐薄型孔破，界面型孔破，通孔icd，盲孔icd等，由于测试回路阻值的突然变大，由v＝i*r可知，电压会表现为突然的上升，如果回路完全断裂，则r趋近于无穷大，在v超过设定的测试电压之后，恒流源变化为恒压源，此时的电流i＝v/r，i趋近于无穷小，此种现象现象通常诊断为pcb孔底分离等。

优选的，在s4中，如果hctcoupon连接的电镀孔的连接处产生了轻微裂痕，会使测试后hctcoupon的阻值变大，如果冷却后断裂，则hctcoupon阻值为无穷大，如果在经过大电流牵引作用产生的铜离子迁移，将原本不连通的位置连通而变成局部短路，使测试后hctcoupon的阻值变小，此过程中，在多个合力的作用下，结合力弱的部分就会被撕裂或者完全分离，此时则表现为pcb重大信赖度不良，如孔底分离，渐薄型孔破，界面型孔破，通孔icd，盲孔icd等，由于测试回路阻值的突然变大，由v＝i*r可知，电压会表现为突然的上升，如果回路完全断裂，则r趋近于无穷大，在v超过设定的测试电压之后，恒流源变化为恒压源，此时的电流i＝v/r，i趋近于无穷小，此种现象通常诊断为pcb孔底分离等。

本发明提供的一种pcb高电流测试方法，与现有技术相比：本发明通过5个步骤的测试，即可将pcb产品中诸如：孔底分离，镭射未透，镭射漏打，盲孔破孔，通孔破孔，漏接，镭射击穿，孔底残胶，异物破孔，面铜不足，通孔icd，通孔孔铜不足，盲孔孔铜不足，镭射孔小，盲孔折镀，通孔折镀，孔内铜粉，激光孔小，电镀孔破等问题侦测出来；

本发明在测试的过程中，不会对pcb产品造成任何损坏，不会影响产品出货，为非破环性测试；

本发明的测试所耗时间较短，可进行批量性测试，时效性好，能快速反馈缺陷问题所在，以便于能及时调整及改善生产工艺，避免不必要的报废损失。

附图说明

图1为hctcoupon的切面示意图；

图2为高电流测试示意图；

图3.1为hct高电流测试电流图；

图4为冷热时期异常盲孔孔底状态

图4.1为hct高电流测试温度曲线图；

图4.2为hct高电流测试电压曲线图；

图5为pcb板受热产生形变示意图；

图6为hct测试异常电流情况；

图7为恒温加热盘对hctcoupon测试区域进行加热示意图；

图8为本发明测试流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种pcb高电流测试方法，具体包括以下步骤：

s1、前阻值量测：使用四线微阻仪对hctcoupon测试回路的两端进行阻值量测，(hctcoupon走线示意图1所示)，此环节可侦测pcb电镀不完整性问题，如果测量的阻值与理论上阻值存在较大的偏差，则问题主要由下列可能的因素导致如：电镀激光盲孔/通孔孔破、激光盲孔漏打/未透/孔径偏小、机械钻孔漏钻或钻偏、压合组合组错层别等；

s2、如果前阻值测试通过，则进入大电流测试环节，(此环节为模拟pcb过热风回焊炉或波峰焊等高温生产过程，此过程中的通常温度为220℃～260℃之间)，操作步骤为：

a)首先使用恒温加热盘对hctcoupon测试区域进行均匀加热，如图7所示，使测试区域温度大约100℃左右，pcb基材的主要成份为环氧树脂，在90℃左右会出现玻璃化转变，其热膨胀系数在拐点前后出现剧烈变化，故加热到100℃左右，用尽量短的时间使其产生剧烈的形变，此环节可缩短测试时间，但是会导致100℃以内的变化情况不能侦测，如对测试所耗费时间没有太多要求，可省略此加热环节，直接从常温开始大电流测试；

b)对hctcoupon测试回路进行高电流测试，使用一个恒定的电流源加载在hctcoupon测试回路的两端，在靠近测试回路的两端增加一个电压表(如图2所示)；在电流的作用下，电能持续转化为热能q＝i²*r*t(i为我们设定的恒定高电流，r为coupon测试回路的阻值，t为我们持续上电流的时间；i和t根据我们所设计的pcb的线路的铜厚度和线路宽度计算得来，)此时hctcoupon区域温度会持续升高(见图4.1)，由于金属的阻值会随着温度的升高而近乎线性的升高，而测试回路两端的电压v＝i*r，电压会随着温度的升高而升高(见图5)；

c)持续的给hctcoupon测试回路通电一段时间，具体时间和pcb设计，以及测试的电压电流有关。通常使用热盘加热方式，则使用大电流进行测试，典型时间为10～20秒钟；如不使用热盘加热，则典型的时间为60秒钟。在此加热过程中，基板材质和金属导体材质都会因温度的升高而发生不同程度的形变，产生多个方向的应力；(图5所示)；

c1)正常情况下，测试中的电流曲线，电压曲线，温度曲线等如上图(3，4，5)所示，如果在规定的时间内，温度不能到达设定的区间或者超过设定的区域，则表示所设计的hctcoupon测试回路可能存在铜薄或者铜厚的现象；

c2)此过程中，在多个合力的作用下，结合力弱的部分就会被撕裂或者完全分离，此时则表现为pcb重大信赖度不良，如孔底分离，渐薄型孔破，界面型孔破，通孔icd，盲孔icd等，由于测试回路阻值的突然变大，由v＝i*r可知，电压会表现为突然的上升，如果回路完全断裂，则r趋近于无穷大，在v超过设定的测试电压之后，恒流源变化为恒压源，此时的电流i＝v/r，i趋近于无穷小，此种现象现象通常诊断为pcb孔底分离等；

s3、冷却降温，通过hct高电流测试之后，此时pcb待测区域温度通常较高，使用干燥冷却气体对hctcoupon测试区域进行快速冷却降温，待温度冷却至前阻值测量时的状态；

s4、后阻值量测，在经历了剧烈的温度变化之后，本身存在品质隐患的pcb产品就会产生细微的变化，此刻，我们需要对hctcoupon测试回路进行常温下的4线阻值测量，如果hctcoupon连接的电镀孔的连接处产生了轻微裂痕，会使测试后hctcoupon的阻值变大；如果冷却后断裂，则hctcoupon阻值为无穷大；如果在经过大电流牵引作用产生的铜离子迁移，将原本不连通的位置连通而变成局部短路，使测试后hctcoupon的阻值变小；

s5、阻值变化率计算，

阻值变化率＝100％x(后阻值-前阻值)/前阻值，如果阻值变化率过大，则表明经历此番测试之后，pcb产品存在品质隐患，通常而言阻值变大常见的问题如：盲孔电镀折镀(也有叫螃蟹角)，通孔折镀，通孔icd，盲孔icd，盲孔吹孔型孔破，孔/面铜断裂(通常在局部或整体铜厚不足时)等；阻值变小常见的问题如：激光盲孔击穿，激光盲孔漏接等。

综上所述：与现有技术相比：本发明通过5个步骤的测试，即可将pcb产品中诸如：孔底分离，镭射未透，镭射漏打，盲孔破孔，通孔破孔，漏接，镭射击穿，孔底残胶，异物破孔，面铜不足，通孔icd，通孔孔铜不足，盲孔孔铜不足，镭射孔小，盲孔折镀，通孔折镀，孔内铜粉，激光孔小，电镀孔破等问题侦测出来；测试的过程中，不会对pcb产品造成任何损坏，不会影响产品出货，为非破环性测试；测试所耗时间较短，可进行批量性测试，时效性好，能快速反馈缺陷问题所在，以便于能及时调整及改善生产工艺，避免不必要的报废损失。

下面对hct测试原理进行介绍：

在pcb板材上设计一个专有测试电路(此电路串联了各种电镀孔，如盲孔，通孔，埋孔等，已经简称hctcoupon)，外加一定的条件使hctcoupon测试区域形成一个高温区域，因pcb板基材的热膨胀系数远高于线路导体电镀铜的热膨胀系数，必然导致在高温状态下pcb基材所产生的形变远大于电镀铜的形变，会产生多个方向的应力，如pcb产品存在质量隐患的话，在多向应力的作用下结合部位就会被撕裂甚至扯断。hct就是利用形变产生形变力来检测电镀铜的完整性以及键结能力。

hct测试优点：

优点一:hct可以在工艺生产过程中测试，及时检测出不良pcb板，以减少风险范围的扩大。

优点二:hct可以进行批量行测试，且测试不会破坏成品板.hctcoupon是独立设计在排版空白区域，测试过程只针对hctcoupon位置加温，对其他区域不影响，不会产生pcb测试报废。

优点三:hct测试可以实现在线测试，能够反馈产品在高温时回路各连接点是否是完整。以盲孔来讲，针对孔底结合力不好的产品，pcb板在受热膨胀时会拉裂盲孔孔底，但冷却后因基材收缩盲孔又接续在一起，此时传统的阻值量测无法侦测此类缺陷情况。

优点四:hct测试可以批量测试，测试完成后可以进行批内阻值变异和批间阻值变异监控分析。可以根据制程水平管控单批pcb产品阻值的r值，增加针对批内微小的离群产品进行侦测能力。同时可以经过设备后台数据库比对同料号，判定制程的稳定性，并能侦测整批异常

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。