【概述】
中国材料与试验团体(Chinese Standards for Testing and Materials) （简称 CSTM）标准委员会在2023年6月发布了团体标准T/CSTM 01024-2023《导电阳极丝热成像辅助定位失效分析方法》，并于2023年9月21日正式实施。本文是针对标准内容进行解读。
【标准制定背景】
印制电路板作为承载服务器电气性能的关键部件，其设计需求与服务器整机性能强相关，随着服务器产品的不断迭代，无论是从计算速率、体积、能耗、存储空间，都在呈急速上升的态势。为了匹配服务器产品的需求，印制电路板的制造能力水平需要不断提升。
由于高性能服务器在普通服务器的基础上进一步提升计算速率，在进行高速计算的同时满足数据存储的可靠性，确定了产品的以下特点：高运算速率、高可靠性、超大容量数据存储、高扩展性高迭代性为主要核心要求。因此下游产品驱动印制电路板向高速、高频和集成化、小型化、轻薄化的方向发展。在深南电路与工业和信息化部电子第五研究所合作的国家级项目“2021年高端服务器用高性能印制电路板项目（2021-2022年）”的推进下，为了满足用户产品迭代的需求，支撑高可靠性变得至关重要。
导电阳极丝（后面简称“CAF”）试验作为印制板可靠性验证的重要测试，其失效后的有损定位分析方法一直是业界的“痛” ，因此需要制定标准来解决这一业界痛点。
【目的、意义/重要性】
本标准制定的目的是解决CAF测试只能有损定位，测试方法不精益的问题。本标准的制定将对比有损分析—割线法，使用本标准无损分析锁定失效点结果更精准、更大程度的保护样品且大幅提升效率。割线法的结果为某个区域，测试时效约40~60min，但本标准采用的热成像分析方法仅需5~10min可快速精准的定位到失效点，标准水平为国内领先，标准制定后将大大减少CAF失效点分析对板件造成的损伤，提高和普及无损分析方法，将PCB CAF失效点分析方法提高一个新台阶。
【标准介绍】
本标准是一份业界通用的试验方法，适用于印制板生产商、印制板使用方和第三方实验室。
本标准规定了导电阳极丝热成像辅助定位失效分析方法的原理、试验条件、仪器设备、试剂和材料、样品、试验步骤以及试验报告的要求。本标准适用于导电阳极丝试验过程中/后绝缘阻值低于 108Ω的印制板。
本标准涉及到的主要原理是CAF 失效导致绝缘电阻降低，通电时会因为发热产生微弱的红外能量，高灵敏度的红外探测器能够捕捉热源产生的位置，精确定位故障。红外系统结合锁相技术硬件和软件特殊算法，通过给样品连接脉冲电源，提供周期性的热激励源，若样品存在缺陷，缺陷处的热量会被周期性的传导到样品表面，样品表面温度分布将发生周期性变化，结合算法可以检测到缺陷对应于样品表面的位置。
本标准涉及到的仪器设备有：
1）热成像显微镜，具体要求如下：
a) 包含两个探针座的探针台，加热台温度可达 50℃；
b）直流电源，可独立调整电流和电压，测试电压最小值为 0.1VDC，限流最小值为 1μA；
c）探测器，灵敏度至少达到 25mK@25℃；
d) 分析软件具有锁相热成像（Lock-in）功能；
e）电源方波频率可设置 15Hz 以下。
2）电烙铁，可加热至 450℃；
3）金相湿磨/抛光系统或设备；
4）金相显微镜；
5）电子扫描显微镜，含有背散射探头；
6）能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)。
本标准主要测试步骤如下：
1）检查失效网络
根据绝缘阻值确定具体的失效网络，并对失效网络表面进行检查，查看是否有枝晶、离子迁移或异物等异常现象。同时，确认绝缘阻值是否为 108Ω以下，如果是 108Ω以下直接按照2）～3） 进行试验，否则，需要重新模拟试验直至阻值低于 108Ω，然后再按照 9.2～9.3 进行试验。
2）热成像分析（无损定位失效点）
a连接电源
使用导热双面胶将失效样品固定在红外热成像显微镜样品台上，用探针或引线的方式，将失效样品与电源正负极相连。
b选择镜头
根据样品尺寸大小选择合适视野范围的红外镜头，一般先观测失效链路全貌，找到热点后，更换红外镜头对失效点局部放大拍照。
c调节镜头
通过升降镜头的高度使样品表面图像聚焦清晰，如因样品表面光滑等因素导致无法聚焦到清晰图像，可使用加热台对样品适当升温，例如升温至 28℃~50℃，以增加样品表面发射率从而得到清晰图像。
d设置测试电压和限流
测试电压和限流初始值应设置较低数值，防止 CAF 被高电流破坏，建议初始测试电压设置为0.1VDC、初始限流设置为 1μA。
e调节测试参数
打开电源输出开关，观察电流、功率及阻值，实际电流等于限流时，需适当增大限流的设置值，当功率小于 100μw 或阻值不稳定时建议逐渐增大测试电压，测试电压≤5VDC 建议步进 1VDC，测试电压≥5VDC 建议步进 5VDC，待功率大于 100μw 且阻值稳定时即可使用该参数进行测试。一般情况，电阻越大，设置的测试电压越大，设置电压建议不超过 CAF 试验的测试电压。
f设置电源方波周期
依据样品厚度及预计失效位置深度设置电源方波周期，样品越薄或失效位置离样品表面越浅，周期设置值越小，例如厚度＜1.6mm 的样品可将周期设置为 1Hz 或 2s，对于厚样品和失效位置较深，则需增大方波周期设置值。
g开始测试
开始测试后电源周期性输出方波型电压加载至样品，待红外传感器收集到样品表面热发射数据图像后，观察样品表面发热变化，当热发射数据图像上存在热量聚集和扩散过程的区域时，该区域即为失效位置，当测试电压达到 CAF 试验施加的电压时，约 30S 未出现发热点的差异，判定样品在此条件下无 CAF 失效点。
h输出红外热点叠加图
输出红外热点叠加图，如下图所示。
图1 红外热点叠加图
3) 切片分析
使用热成像显微镜找到失效点后，进行切片研磨，必要时可使用 EDS 对CAF 的横截面进行元素分析，辅助判断失效原因。
a水平研磨分析
通过热成像显微镜确认失效点后，按 GB/T 4677-2002 印制板测试方法试验 15b：显微剖切进行显微切片的制备，以找到具体的 CAF 并判定失效原因。首先进行水平逐层研磨，结合板件的叠层结构判定适合的观察点，并逐层观察。若根据热点分析结果结合样品设计能够精准定位到两绝缘导体间，可先进行垂直研磨分析，再水平研磨分析。
b垂直研磨分析
水平研磨分析找到 CAF 的层次位置后，可以开始垂直的研磨分析，垂直研磨方向有两种，即平行CAF 和垂直 CAF 两个方向，具体按如下步骤进行：平行 CAF 方向研磨：一般情况下，建议先平行于 CAF 生长方向研磨，在金相显微镜中使用暗场模式进行观察; 垂直 CAF 方向研磨：平行 CAF 方向研磨后，建议垂直 CAF 方向进行研磨，必要时可使用扫描电镜的背散射模式观察 CAF 横截面。
【标准特点】
标准水平为国内领先，标准制定后将大大减少CAF失效点分析对板件造成的损伤，提高和普及无损分析方法，将PCB CAF失效点分析方法提高一个新台阶
【标准应用】
本标准发布后，本标准的主要参编企业深南电路股份有限公司、南通深南电路有限公司、无锡深南电路有限公司、工业和信息化部电子第五研究所、深圳市美信检测技术股份有限公司、广州广合科技股份有限公司、上海材料研究所、天芯互联科技有限公司等公司率先将此方法用于印制电路板的CAF失效分析方面，大大提高了检测效率，降低了检测成本。同时，相关印制板企业和检测公司也在各大标准相关的活动中积极推广此标准，使更多相关方知悉并运用此方法，以创造更大的社会效益。
【标准制定单位构成】
深南电路股份有限公司、南通深南电路有限公司、无锡深南电路有限公司、工业和信息化部电子第五研究所、深圳市美信检测技术股份有限公司、广州广合科技股份有限公司、上海材料研究所、天芯互联科技有限公司。