汽車用PCB品質(zhì)可靠性分析

1、汽車用PCB品質(zhì)可靠性分析一、前言：  目前國內(nèi)整車中汽車電子應(yīng)用比例較低，每輛新車汽車電子支出平均占整車價值48，同期全球平均水平是262，一些豪華高檔轎車中電子裝置甚至占整車成本50以上1，差距及發(fā)展需相當(dāng)明顯。國內(nèi)汽車電子設(shè)備比例低，主要受研發(fā)和可靠性保證能力限制。 二、現(xiàn)狀：  中國汽車電子市場在很大程度上由世界知名汽車零部件廠商德爾福、日本電裝、博世三巨頭占領(lǐng)；目前國內(nèi)PCB生產(chǎn)廠家通過這幾家公司認(rèn)證不多，(尤其是通過其高端產(chǎn)品認(rèn)證，)且通過認(rèn)證常需2-4年甚至更長時間，品質(zhì)控制能力尤其是性能品質(zhì)保證能力不足為主要影響因素。人們對汽車

2、綜合性能不斷有新要求，汽車行業(yè)也迫切需要應(yīng)用信息技術(shù)改善汽車性能與消費(fèi)環(huán)境。基于一種供求互動，在全球汽車行業(yè)處于平穩(wěn)增長態(tài)勢情況下，全球汽車電子行業(yè)卻仍以每年高于8速度增長2。我國涉足汽車電子企業(yè)多是生產(chǎn)附加值較低產(chǎn)品，如音箱、DVD、倒車?yán)走_(dá)、防盜器等，而在高端產(chǎn)品方面國內(nèi)幾乎是空白。技術(shù)含量較高的中高端產(chǎn)品基本都是國外品牌。  汽車用PCB供給方面，國內(nèi)不少企業(yè)早已看到其中蘊(yùn)藏?zé)o限商機(jī)，先后有皆利士、至卓飛高、汕頭超聲、珠多、生益電子、耀文電子(中國)等通過QS9000認(rèn)證，為進(jìn)軍汽車電子行業(yè)取得一張入門券，但目前多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)加工基本以中低端產(chǎn)品為主，和少量特種PCB供

3、給，在汽車發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)如(ECU、EPS、ABS等)基板供給方面相對較少，各廠在該類PCB可靠性保證方面也基本處于一種摸索階段。 三、性能要求  概述：  汽車用PCB可靠性作為整車可靠性保證一部分，要求很嚴(yán)格，不僅要求供應(yīng)廠家通過汽車質(zhì)量管理體系QS9000認(rèn)證，還要對其質(zhì)量控制能力進(jìn)行極其苛刻評估。汽車用PCB產(chǎn)品多采用特殊性能材料(如高Tg材料、耐CAF材料、厚銅材料以及陶瓷材料等)進(jìn)行制作，性能測試一般也有專門要求。  汽車電子產(chǎn)品首先必須滿足汽車作為一個交通工具所必須具備特性，對溫度、氣候、電壓波動、電磁干擾、震

4、動等適應(yīng)能力要求更高。不同汽車廠商對定制電子產(chǎn)品要求也不一樣，需要汽車電子制造商付出相當(dāng)大投入；如何提升汽車用PCB品質(zhì)，使同步符合我國汽車發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)要求，首先必須了解不同汽車產(chǎn)品用途及其功能需求。  性能方面：  動力控制系統(tǒng)和制動控制系統(tǒng)用汽車PCB，設(shè)計和制程要求更高可靠性，如汽車控制系統(tǒng)，部分關(guān)鍵器件要求進(jìn)行高達(dá)5002000次高低溫循環(huán)(車載裝置要求200循環(huán))和42V高電壓測試(常規(guī)12V)，對于高壓和高溫產(chǎn)品，基本都要求使用高銅箔材料和制作工藝，基本銅厚要求在2安士4安士，  (最高要求銅箔厚度達(dá)到16安士，且必須采用專用

5、特種散熱器)4  ；車載用PCB(用于汽車通訊與娛樂方面產(chǎn)品)，因其所處環(huán)境和使用條件，要求有更高可靠性保證，其驗收水平要求高于普通消費(fèi)性電子一個等級以上。  材料方面：  厚銅材料、陶瓷材料、高TG材料、耐CAF材料作為應(yīng)用于汽車電子產(chǎn)品主要特種材料成為近兩年特種PCB利潤亮點(diǎn)，在日本，每年都有不少此類新材料開發(fā)見報于其PCB專利摘要，在國內(nèi)開發(fā)相對比較緩慢，也基本無形成規(guī)模。且因技術(shù)不成熟，達(dá)到要求能力不高。在汽車PCB制作方面，材料合適性決定滿足要求的程度。  過程控制方面：  汽車用PC

6、B加工制作要求過程控制能力達(dá)到167以上，按照傳統(tǒng)PCB加工方法(流程復(fù)雜且基本是半自動加工生產(chǎn))，達(dá)到該能力水平難度不小。尤其SMT、BGA精度及噴錫質(zhì)量要求方面。 四、可靠性保證  對于高可靠性汽車用PCB，如何確保產(chǎn)品滿足要求是眾多PCB廠家所追求的目標(biāo)。我司較早通過QS9000認(rèn)證，近幾年來涉足該領(lǐng)域，生產(chǎn)控制中對一些可靠性問題解決積累一·點(diǎn)經(jīng)驗，現(xiàn)擬從主要可靠性測試方面及容易出現(xiàn)性能不足問題進(jìn)行分析，拋磚引玉。 A) 高低溫循環(huán)測試：  動力控制系統(tǒng)和制動控制系統(tǒng)用汽車PCB，設(shè)計和制程要求更高可靠性，如

7、汽車控制系統(tǒng)，通常要求500次高低溫循環(huán)，個別關(guān)鍵器件甚至要求高達(dá)2000次高低溫循環(huán)。 B) 高低溫循環(huán)測試條件及要求：  低溫：-40；高溫：125，轉(zhuǎn)換時間：10秒，到達(dá)最高(低)溫度后持續(xù)時間：15分鐘互連電阻變化率10(部分客戶要求為5)  改善方向：  高低溫后切片出現(xiàn)的裂紋，與板材Tg值、鉆孔質(zhì)量、PTH前凹蝕有比較大關(guān)系，減少板厚方向z軸膨脹程度須選材方面作好。其他兩點(diǎn)從如下方面入手進(jìn)行分析解決。 1) 鉆孔方面：  通過使用3種不同類型墊板(酚醛墊板、木質(zhì)墊

8、板及密胺墊板)進(jìn)行鉆孔實驗，鉆孔后用SEM觀察孔壁污泥情況，結(jié)果表明使用酚醛墊板孔壁兩邊污泥相對較多；而使用木質(zhì)墊板時孔壁一邊污泥較多，另一邊污泥就很少；使用密胺墊板時鉆孔污泥則均勻分布于孔壁上，污泥量相對較少。 2) 凹蝕：  用不同凹蝕方式，孔壁凹蝕量會有些差異，如何有效去除環(huán)氧鉆污、確?？妆诖植诙确弦蟛p少芯吸效應(yīng)，是很多PCB加工廠家比較頭疼問題。因孔壁粗糙度偏大，會導(dǎo)致焊接時出現(xiàn)吹氣孔及高低溫循環(huán)時鍍層斷裂；較大芯吸效應(yīng)將可能造成孔與孔之間出現(xiàn)電遷移而形成短路；若凹蝕量控制比較小，可能出現(xiàn)高低溫循環(huán)后連接處裂紋。 3) 

9、電遷移問題：  在高溫高濕環(huán)境通電條件下，因原電池現(xiàn)象存在，PCB可能會出現(xiàn)電遷移現(xiàn)象(也稱為電腐蝕)，這將致使絕緣體間絕緣電阻隨時間延長而不斷下降，甚至發(fā)生短路及零部件發(fā)熱、著火等二次危害，因此汽車廠家對此方面重視程度越來越多。  測試條件：  日本客戶，其測試標(biāo)準(zhǔn)為：溫度85，相對濕度85RH，外加50VDC電壓，測試時間為10天；  歐洲客戶，其測試標(biāo)準(zhǔn)為：溫度40，相對濕度93RH，外加100VDC電壓測試時間為21天。 出現(xiàn)不良可能現(xiàn)象：綠油變色  改善方向： 1)

10、 表面清潔：  在內(nèi)層棕化后(或黑化后)、綠油前處理、綠油顯影后、噴錫后、包裝前用DI水洗，有時還需要特殊溶劑清洗，更有效去除板面殘留離子。清潔后，測試其表面離子含量，一般板面總離子含量最好是控制在2.0ugNaClsq.in。 2) 綠油方面：  采用氯離子含量比較低的光亮油墨效果更好。 3) 松香方面：  為提高板件熱風(fēng)整平后平整性，一般采用活性松香，但此類松香會在表面上殘留較多離子，能否保證熱風(fēng)整平后板件清潔效果，各廠家有不同處理方式，最常見是采用高效清潔劑，但此方式需控制好其酸

11、度，以防對感光阻焊劑有攻擊作用，避免結(jié)果適得其反。 4) 板材方面：  通常汽車用PCB需采用耐CAF、高介電強(qiáng)度及耐濕性、耐漏電起痕性等特性材料。此種特殊材料加工，凹蝕方式有異于常規(guī)板料，PCB廠家制程控制需做相應(yīng)調(diào)整，避免出現(xiàn)高低溫循環(huán)測試時裂紋等問題。  C) 耐熱性問題：  對于汽車用PCB，其引擎部分及周邊位置，耐熱性要求比較高，在此位置所用PCB板料選用多用：陶瓷板或高Tg板料。  測試條件：  a) 板件在溫度40，相對濕度93RH恒溫恒濕箱

12、中存放7天后，做熱應(yīng)力測試，觀察其是否存在爆板或綠油剝離等問題。  b) 板件放在125烘箱中，存放時間為1000小時，觀察其綠油情況、板料、孔壁銅層質(zhì)量、線路抗剝離強(qiáng)度等。  問題及改善方向：  耐熱性測試后可能存在爆板和綠油剝離問題，材料和表面處理方式是最主要改善方向。 1) 材料方面：  a) 采用耐濕性，高Tg板料，但制作過程需考慮凹蝕及層壓的壓合問題存在影響。  b) 為了減少爆板問題，內(nèi)層板表面處理方式須慎重選擇或采用特殊加工方式。&

13、#160; c) 陶瓷板料，雖有比較好的耐濕性及小膨脹性，能有效防止爆板問題，但存在抗剝離強(qiáng)度較低不足，制作時需注意。 2) 綠油方面：  采用柔韌性較好的熱固化油墨，防止受熱后，出現(xiàn)油墨斷裂及綠油剝離等問題，如下圖所示：  為防止出現(xiàn)類似綠油問題，生產(chǎn)時需注意以下問題：  a) 確保后固化溫度及時間充分；  b) 有效控制綠油厚度；  C) 防止出現(xiàn)表面污染及氧化；  D) 耐高壓、高電流性。&

14、#160; 對于高壓和高溫產(chǎn)品，基本都要求使用高銅箔材料及制作工藝，銅厚要求常在2安士4安士，才能承受高電流、高電壓或高發(fā)熱影響?；暮胥~箔，制作過程容易存在一些控制問題：  基材銅厚不足，承受不了高電流或高電壓，出現(xiàn)了擊穿短路問題  基材銅厚太厚，出現(xiàn)蝕不凈問題及綠油氣泡：  線路太厚，綠油偏薄，電遷移測試失敗， 改善方向：  1) 客戶設(shè)計時已考慮到其線路所能容載的電流或電壓量，若線路銅箔厚度寬度不足，PCB在通電時會出現(xiàn)擊穿、熔線等問題。加工過程須確保線路總銅厚滿足客戶設(shè)計要求，這從在工程指示設(shè)計開始就需充分考慮基銅+電鍍銅的總厚度；制程加工在蝕刻時控制不同銅厚存在不同側(cè)蝕量，做好線寬的補(bǔ)償;  2) 控制好蝕刻參數(shù)，確保滿足線寬要求同時保證線間距符合要求，否則將外層線底間因有殘銅的存在，將造成短路或通電后，發(fā)生電遷移的問題而失效;  3) 線路比較厚，