PCB分层起泡失效案例分析

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1 背景
某PCBA板在回流后发现SS面出现内层发白分层现象，现对其进行原因分析，样品外观如图1所示：
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如图1所示，PCBA上图标记位置有分层起泡现象。
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2 失效点位置确认
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2.1 分层界面确认
   从以上分层位置取样制作垂直切片，观察分层区域的截面形貌，结果如图2所示：
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, L' Y) w. A$ _; b! O' D如图2中的垂直切片观察，发现不良PCBA 的分层均发生在控深钻孔区域，且分层界面主要集中在L6/L7层PP片的玻纤与树脂之间以及L7/L8层芯板的玻纤与树脂之间。
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2.2 分层起泡点确认
. p* r: U& I( V! c( X; I   制作不良板的分层位置的水平切片与垂直切片，分析不良PCBA分层的起爆点，如下图3所示：
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如图3所示，分层起泡区主要集中在控深钻孔区域，且该区域的孔壁铜层厚度不均匀；通过垂直切片，发现L7层附近的孔壁铜厚较薄的位置有微裂纹存在，且裂纹逐渐扩展延伸至L7/L8层芯板的玻纤和树脂界面之间，在外观上形成发白分层现象，说明分层起爆点位于控深钻孔孔壁铜厚较薄的区域。
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3 原因分析
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2 g( z' ?$ ^$ Z3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认
' u/ i, P* D- Q$ @9 i   用金相显微镜观察分层位置的垂直切片，并测量孔壁铜厚，如图4所示：
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/ P- A$ }: u7 F8 x  i) k5 S由图4可知，树脂塞孔内的树脂填充少于60%（IPC-A-600G要求树脂填孔至少填满60%），存在塞孔气泡，靠近L7层的孔壁铜厚只有9~11μm，不符合工艺要求的最小孔壁铜厚20μm，即此处孔壁铜厚偏薄。控深钻孔的塞孔树脂填充不饱满，在回流焊的高温条件下，孔内残留的气体体积剧烈膨胀，产生较大的内应力，导致孔铜偏薄的位置被拉断，最终造成分层的现象。
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) o7 m0 m* z" _4 验证实验
为确认导致该款板分层的根本原因，取PCBA设计以下两组实验：

（1） 取未分层的无控深钻孔区域进行热应力测试；
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# l; }- C% B' x" f7 C（2） 取未分层的有控深钻孔区域进行热应力测试。
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热应力测试结果如下图5所示：
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/ d9 E/ s2 ^& b: ?) p: R由上图5可知，无控深钻孔的区域热应力后无分层起泡现象，而有控深钻孔的区域经过热应力测试后出现白斑，且分层出现在控深钻孔周围的区域，进一步表明有控深钻孔的区域，其孔内存在气泡，在高温下气体体积膨胀大，使得孔壁铜厚偏薄区域容易发生分层。


5 分析结论
9 {& b# T7 w, ?" F5 J% ]   该板的控深钻孔周围区域分层的原因是：控深钻孔的塞孔树脂填充不饱满，在回流焊的高温条件下，孔内残留的气体体积剧烈膨胀，产生较大的内应力，导致孔铜偏薄的位置被拉断，最终造成分层的现象。
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孔内残留的气体体积剧烈膨胀，产生较大的内应力，导致孔铜偏薄的位置被拉断