CSTM團體標準《導電陽極絲（CAF）試驗熱成像輔助定位失效分析方法》（征求意見稿）編制說明

一、工作簡況1、任務來源印制電路板作為承載服務器電氣性能的關鍵部件，其設計需求與服務器整機性能強相關，隨著服務器產品的不斷迭代，無論是從計算速率、體積、能耗、存儲空間，都在呈急速上升的態(tài)勢。為了匹配服務器產品的需求，印制電路板的制造能力水平需要不斷提升。由于高性能服務器在普通服務器的基礎上進一步提升計算速率，在進行高速計算的同時滿足數據存儲的可靠性，確定了產品的以下特點：高運算速率、高可靠性、超大容量數據存儲、高擴展性高迭代性為主要核心要求。因此下游產品驅動印制電路板向高速、高頻和集成化、小型化、輕薄化的方向發(fā)展。在深南電路與工業(yè)和信息化部電子第五研究所合作的國家級項目“2021年高端服務器用高性能印制電路板項目（2021-2022年）”的推進下，為了滿足用戶產品迭代的需求，支撐高可靠性變得至關重要。導電陽極絲（后面簡稱“CAF”）試驗作為印制板可靠性驗證的重要測試，其失效后的有損定位分析方法一直是業(yè)界的“痛”，因此，深南電路打算結合行業(yè)需求和自身研究建立一份無損定位失效點的CAF失效分析方法，即導電陽極絲（CAF）試驗熱成像輔助定位失效分析方法。2、主要參加單位及工作組成員在確定需要開發(fā)此份行業(yè)標準后，2月16號跟工業(yè)和信息化部電子第五研究所召開了首次會議，成立了該標準工作小組，標準工作組成員組成與分工見下表。工作組于2022年2月17日立項啟動《導電陽極絲（CAF）試驗熱成像輔助定位失效分析方法》的編制工作，并開始著手收集相關標準及資料，工作組在經過小組討論、內部驗證后于2022年5月15號形成了標準工作組討論稿，并于2022年5月31在CSTM網站上面提交立項申請。2022年6根據CSTM調研結果，結合標準編制的必要性，對編制組成員進行擴充，變更后的組員信息如下：導電陽極絲（CAF）試驗熱成像輔助定位失效分析方法-組員通訊錄姓名單位手機郵箱分工戴炯深南電路股份有限公aij@組長孫朝寧工業(yè)和信息化部電子第五研究un92307@163.com副組長陳利南通深南股份有限公henl@組員葉曉菁深南電路股份有限公exj@組員張凱深南電路股份有限公hangk@組員陳宗喜南通深南股份有限公司19925194263chenzx@組員朱李峰無錫深南股份有限公司19928716365zhulf@組員沈江華工業(yè)和信息化部電子第五研究henjh@組員何驍工業(yè)和信息化部電子第五研究ex@組員王碩深南電路股份有限公angshuo@組員張偉深圳市美信檢測技術股份有限公hangwei@組員黎欽源廣合科技(廣州)有限公y.li@組員馬峰嶺上海材料研究所1880179560318801795603@126.com組員周斌工業(yè)和信息化部電子第五研究houbin722@163.com組員張瑩潔工業(yè)和信息化部電子第五研究f_zyj@組員2022年7月13日，中國材料與試驗團體標準委員會電子材料領域委員會在廣州組織召開了《導電陽極絲（CAF）試驗熱成像輔助定位失效分析方法》團體標準立項審查會。會議成立了由7位專家組成的審查組（名單見附件1），對擬立項標準進行了審查。會上，專家組聽取了標準申報單位對申報標準的情況介紹，包括標準制定的必要性和可行性、現行相關國內外標準情況、項目涉及專利情況、項目的應用前景、項目工作組構成以及標準草案等。經過審查，《導電陽極絲（CAF）試驗熱成像輔助定位失效分析方法》團體標準通過立項。經過討論，專家組對標準的技術內容提出主要建議和意見如下，標準編制組按照會議提出的意見盡快修改，形成本次征求意見稿。序號意見及建議內容1標題部分：1）補充CAF的中文全稱2）實際試驗步驟除了熱成像分析還有切片觀察，請確認標準標題是否需要重新調整2范圍部分：需要進一步明確、細化標準的范圍，如說明這個測試適用于印制板裸板3正文的技術內容部分：1）補充細化紅外熱成像測試條件，包括時間、失效點判定依據、探測器靈敏度要求2）進一步規(guī)范標準草案中的術語定義、試驗條件、圖示說明、實驗步驟等表述及內容4編制說明：1）修訂標準來源，可補充國家項目等具體信息，弱化深南電路自身的相關說明2）補充標準必要性等內容，加熱激勵源選擇依據，進一步驗證測試電壓和限流設置條件，增加驗證數據二、制修訂標準的原則1、試驗方法的水平及使用情況，試驗設備及儀器情況1）本試驗方法目前處理行業(yè)領先水平，暫時還未大范圍使用2）本方法將主要用到以下a)~c)儀器和設備:a)紅外熱成像顯微鏡(包含兩個探針座的探針臺；加熱臺溫度可達40℃；直流電源（可獨立調整電流和電壓，最小值可設置0.1v的測試電壓和1μA的限流）；分析軟件具有鎖相熱成像功能)；b)烙鐵；c)能譜儀(EnergyDispersiveSpectrometer,以下簡稱EDS)。2、制修訂標準的原則1）制修訂標準的依據或理由目前國內CAF的失效分析方法主要是參考IPC-TM-6502.6.26和IPC9691,我國國內國標和行標是缺失的?，F有IPC標準中大都是通過絕緣電阻的測量分區(qū)來定位的。需要對樣品進行破壞性分析，時常會破壞失效點，而且對于絕緣墊子在1MΩ以上的失效，分析更加困難。國外的熱成像分析主要集中在載板及IC級產品。PCB的分析還是以傳統的絕緣電阻測量分區(qū)法來定位，因此迫切需要制定一種新的無損的CAF試驗換效分析方法。2）制修訂標準的原則本標準在制定中遵循以下基本原則：a標準的格式嚴格按GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫規(guī)則》要求；b本標準應能指導濕敏器件的處理、標記、包裝和分類；c本標準規(guī)定的技術內容及要求應科學、合理，具有實用性和可操作性；標準內容協調、簡明、清楚、準確、邏輯性強。d本標準的編制應與已發(fā)布的國家印制板相關標準相協調；e本標準應具有規(guī)范性、完整性，內容滿足任務書規(guī)定的要求。三、各標準方法參數一覽表標準號GB/T38883-2020IPC-9691BT/CSTMXXXXX-2022（本標準）標準名稱無損檢測主動式紅外熱成像檢測方法ConductiveAnodicFilament(CAF)ResistanceandOtherInternalElectrochemicalMigrationTesting導電陽極絲（CAF）試驗熱成像輔助定位失效分析方法范圍主要檢測復合材料、金屬材料和涂層材料，如材料空隙/裂紋/分層和涂層厚度的評估對IPC-TM-6502.6.25方法的補充指引，主要評估印刷板內導電陽極絲(CAF)生長和其他形式的電化學遷移失效模式的方法主要檢測電子電路行業(yè)，CAF試驗后絕緣阻值低于108Ω的樣品，使用熱成像顯微鏡定位失效點，對失效樣品進行分析原理主動式紅外熱成像檢測針對被測件的材質、結構和不連續(xù)類型等選擇不同的熱激勵，通過熱激勵施加激勵后。被測件中的不連續(xù)對熱的傳導造成影響，異常區(qū)域與正常區(qū)域對應的表面產生溫度差異，導致被測件表面熱輻射強度分布發(fā)生變化，利用紅外熱成像儀記錄下這一熱輻射強度變化過程，可獲取物體表面及內部信息對于失效點的定位為有損分析，將切片研磨至可能失效的層，通過光學顯微鏡觀察失效點CAF失效造成的短路，通電時會因為發(fā)熱產生微弱紅外能量發(fā)射，高靈敏度的紅外探測器能夠捕捉熱源產生的位置，精確定位故障。紅外系統結合鎖相技術硬件和軟件特殊算法，通過給樣品提供周期性的脈沖電源，使樣品失效點處產生周期性的熱變化，結合算法可以檢測到短路缺陷。制樣要求無無無試驗條件排除或減少周圍環(huán)境背景的熱輻射干擾，例如不必要的可見光、被測件附近的熱源環(huán)境溫度為（15-25）℃，相對濕度≤65％環(huán)境溫度為（15-25）℃，相對濕度≤65％儀器設備紅外熱成像儀光學顯微鏡、切片研磨機紅外熱成像顯微鏡、切片研磨機試劑材料無無Sn63/Pb37錫絲，帶有絕緣層的銅導線試驗方法完成熱激勵的選擇以及檢測準備和設置后，觸發(fā)熱激勵單元對被測件表面進行激勵，利用熱像儀進行檢測數據同步采集、記錄與存儲控制Z軸研磨至受影響層，使用帶有背光的光學顯微鏡定位和辨別導電絲使用紅外熱成像顯微鏡觀察到失效樣品的失效點后，切片研磨失效位置，使用光學顯微鏡觀察導電絲，必要時可使用EDS對失效通道進行元素分析試驗結果出現熱異常的熱圖序列并分析熱異常區(qū)域可觀察到失效位置和形貌的切片圖紅外熱成像分析圖和切片分析圖試驗有效性判斷無切片圖可觀察到失效位置和形貌為有效紅外熱圖可觀察到失效點四、標準主要內容（包括牌號、成分、性能指標、型號、各種參數、公式、試驗方法、檢驗規(guī)則等）確定的論據（包括試驗、驗證、統計數據等）紅外熱成像檢測原理：根據熱激勵信號的分類，本標準使用的紅外系統為鎖相熱成像，通過給樣品連接脈沖電源，提供周期性的熱激勵源，若樣品存在缺陷，熱波會被缺陷反射回表面，樣品表面紅外輻射分布將發(fā)生周期性變化，利用對紅外輻射敏感的紅外探測器把紅外輻射變成電信號，該信號的大小可以反映出紅外輻射的強弱，進而通過顯像系統將反映紅外輻射分布的電子視頻信號顯示出來，最后得到反映缺陷的紅外熱像圖。參數設置：紅外熱成像試驗的初始電壓設置0.1v，限流設置1μA，相當于初始功率0.1μW，小于常用設備的最小設置功率，不會破壞導電陽極絲，若限流設置更小，電壓初始設置不調整的情況下，初始功率過小，失效樣品的熱輻射不會發(fā)生明顯變化。需注意的是，在調整參數過程中，漏電流的設置應小于1mA，加載電壓設置與失效時絕緣阻值的大小呈正比，且小于CAF試驗給樣品加載的電壓。試驗統計數據：本標準對于CAF高溫測試的最終阻值小于106Ω的樣品，精準定位到失效點的概率約為90%（300/340），對于最終阻值為106~108Ω的樣品，定位到失效點的概率約為50%（150/310）；使用熱成像顯微鏡鎖定失效點后，切片研磨觀察到離子遷移的概率約為80%（350/450）。注：以上數據均為SCC在2021年4月至2022年6月收集統計五、主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告、技術經濟論證，預期的經濟效果等對比有損分析—割線法，使用本標準無損分析鎖定失效點結果更精準、更大程度的保護樣品且大幅提升效率。割線法的結果為某個區(qū)域，測試時效約40~60min，但本標準采用的熱成像分析方法僅需5~10min可快速精準的定位到失效點。六、與有關的現行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準的關系本標準與現行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準協調一致七、對征求意見及重大分歧意見的處理經過和依據無八、標準水平建議，預期的社會經濟效果標準水平為國內領先，標準制定后將大大減少CAF失效點分析對板件造成的損傷，提高和普及無損分析方法，將PCBCAF失效點分析方法提高一個新臺階。九、貫徹標準的要求和措施建議（包括組織措施、技術措施、過渡辦法等內容），根據國家經濟、技術政策需要和該標準涉及的產品的技術改造難度等因素提出標準的實施日期的建議本標準目前為行業(yè)空白，建議在2022年發(fā)布實施。十、廢止有關標準的建議無十一、標