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PCB分层起泡失效案例分析—控深钻孔的风险预防

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发表于 2021-7-7 14:45 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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一、背景+ [- _/ u( s  o, i( V

- r8 e2 l. z( j/ |# T* gPCBA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:
3 [$ Q5 z8 ]1 f, \% h3 h& p  m- h0 x6 o) u

$ e  P' D7 P/ c4 Y; O1 O( x2 H
( Q- I6 g/ Z. d0 o$ q$ ~/ ~

" e# l0 c# G3 J: u
' j2 T2 u8 k- p
二、失效点位置确认/ g3 W$ r: h- ~8 b% U/ v

6 L% N0 z- V. G
3 x4 Q8 G2 E5 v& ]& Q) @
2.1 分层界面确认
& ~1 C; K+ \* \7 L5 u3 R" \7 g- V; w# z, ]' F' U8 A7 I
& f$ T+ d2 O) h- E# Y$ v
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:

4 w3 ^1 h* Z* R2 \) E1 s3 S  l% {' W$ c1 W' H1 u( X

/ m! ?( U( f4 X8 N2 L

) @. g( T1 u9 f2 ~' r/ Z( L
$ |& S: L  p, d6 R

1 p# o# Q: ^/ I3 v0 H, O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/L7PP片的玻纤与树脂之间以及L7/L8层芯板的玻纤与树脂之间。6 |  N% _& f" u% j1 Q

2 q7 W" S/ d5 K0 p9 Q

$ [' B9 H: [1 H) g+ \0 `, f1 ]" c8 Z2.2 分层起泡点确认
( ^& @0 h# m# f; P3 L2 D# c' w3 b
, x1 s/ R% i' F
# z' l1 }1 R# H: Z- a
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:
* K! E7 Q/ |9 \3 @) b6 a, O3 O) @9 Q! c: C% F2 N' Y" ?

7 Z* V0 K# Z7 |% ~7 U) t6 X

2 x) l! v8 X# Z
/ ^4 N( o3 h1 f0 o6 a

, c1 }3 O; T5 d+ Q+ E7 ~) n8 W, F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。7 r( i1 z: {- m# j7 E' f

# X6 a9 r% b0 Z5 A; g

5 ]2 ?, n, O9 W/ U, }' B三、原因分析
# {- j5 q- a5 ~0 C# {+ v9 g' {% b, Y6 e

" I% C3 B( k/ G/ M( m3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认
/ x7 f  }# p; ^/ e! l1 D+ f% q: R# t" C: x3 y) O* _2 U5 m4 Q# C. h) }* Z! x4 G

3 X+ s& C$ F) `" w5 I3 f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:
/ o7 c2 J/ H9 j. Z
4 {8 v9 g9 ~! Z- w

8 j6 x* L8 a$ n& Q

+ q1 z3 ], R5 F' w& k. I% F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。. v9 c. m1 r& D) {

* O2 K6 b1 r$ R
1 I) R# H6 _9 U  S: G) P
四、验证实验
6 O2 [  i1 e7 _! x" e/ X4 u) g% J
8 H: o% Y/ i7 w( z
/ O. H6 x/ C" o
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;
(2) 取未分层的有控深钻孔区域进行热应力测试。
热应力测试结果如下图5所示:
' I" g& q5 j5 C: y0 ^
6 }* K0 ?; H# R. _; q/ E9 G% \( S
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。

% l/ F8 G3 d& M' \! i- C3 ?. L6 n% V
6 O" o. l' ]7 {
  r# @1 ?# L+ Q- h4 y( O
: x1 E1 S! s+ {- T* ?) Y6 O
五、分析结论
1 a7 q3 |+ {. L  ^* @$ S6 X% J! _# q0 E! j- C* \( |

0 ~" H, C( F1 T/ q4 b9 E5 K7 @2 r6 g2 c# Q' v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。. W% [! P- H) Y! Q/ u

4 M9 j; d& a, Y

( ]! ~* k  Y' ?! t3 |' t9 R, Z9 T, {# _" q% R2 ~, z' w5 W9 W

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    [LV.1]初来乍到

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    发表于 2021-7-7 17:21 | 只看该作者
    起泡了就不能用了
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