影响PCB电路板通孔可靠性的关键设计参数

印刷电路板通孔（PTH）的热循环疲劳失效时电子产品互连失效的主要形式之一。通孔可靠性评估主要分为两个步骤，即首先进行应力-应变评估，然后进行低周疲劳寿命评估。在IPC的研究报告中给出了上述两个模型，即应力-应变评估模型和疲劳寿命评估模型，以及进行通孔可靠性评估所需的相关参数信息。

在工程实际中仍主要应用这两个模型对PTH的可靠性进行评估。IPC的PTH疲劳寿命评估模型是根据对铜箔进行的大量实验数据结果总结得到的。由于IPC方法的假设前提，其应力-应变评估模型不满足PTH镀层端面的边界自由条件，也不满足镀层与基板粘接处的位移连续条件。由此模型计算得到的应力在PTH镀层中是均匀分布的，但在工程实际中，PTH失效通常发生在镀层中心处的孔肩位置处。IPC研究报告中记录的39组样品的实验结果也表明，实验样品中的9组未发生失效，2组失效发生在焊盘转角处，其余28组失效均发生在镀层轴向靠近中心处。课件，镀层轴向中心处的断裂失效时PTH失效的最主要形式，这与工程实际中经常发生失效的位置是一致的。

参考文献针对上述问题，对IPC的应力-应变模型进行了改进。在改进模型的研究中发现，PCB基板厚度与孔径之比（即厚径比）、基板厚度与镀层厚度之比，以及基板作用半径与孔半径之比是影响PTH疲劳寿命的主要几何设计参数。在改进的解析模型基础上，给出并分析了PTH疲劳寿命对这三组几何设计参数的灵敏度。选取工程取值范围内的PCB几何设计参数，计算得到的灵敏度可以用于指导PCB的设计，提高PCB和PTH的可靠性。