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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  Z; O; |, i6 c

  S' C7 u6 v7 j! i# x) O/ W. kPCBA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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0 k  W8 k% d! C! M' Q* ]

9 X/ R' e4 Y  O: z
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% e2 n4 y2 Y% Q" i% W" c二、失效点位置确认
5 J" s1 W$ H1 l; C2 f" w  c2 ^6 l4 e8 m7 v  G
' U' |! _; g$ f- U6 X% y, @4 y6 Z, U+ J
2.1 分层界面确认1 r' o# O# E3 X' n1 O

+ T: H) ~5 z; H' a" ?

( t( M9 `1 y0 ^. L
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:

) R* s. N- T3 {0 l: L. w2 g
( @3 q+ c1 V- h/ d- B: W* O
( z& B. v3 X3 d, I. |
9 Z  ?1 H% ?0 w% S! F
% D4 Y! h$ I5 i4 P8 L
+ e4 E3 c" A1 w& p5 Q
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。
$ X7 E2 h7 L7 z) Z
9 O7 \& t8 |2 u8 c

- N+ U, T- T! F0 _' h- g1 Z2.2 分层起泡点确认
% d# _9 z# \: _3 j% c9 e
9 [* ?/ F; _; l! @+ o: O1 ?* o
& S4 O) j7 O4 d" N& \8 l9 @
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:
0 c# I5 f! I% E8 F- U0 N. S& G7 f7 f( J5 C$ F  ?  o" p
( P& E) \$ E/ G" o& O
- M0 i7 \  I, K7 A) S) d
2 z; X' |, ^! _" ~$ W0 y6 G% a
3 {1 K3 H' y$ }( v* @+ r
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。
! d" O# d8 L# d) Z4 q4 ~7 _% a* l9 ~8 @0 d) p, j' B

& j+ _* n4 H5 X$ D' p+ U三、原因分析# L- z) p, Y+ H/ Z" g* u) Y

# {, F- p% t9 K+ \
2 q/ R! w8 J$ v, r6 t
3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认
1 G% d0 M% W2 F* i4 D. M
4 o  L" |' O" `7 v* P! l

' C4 p+ i3 f2 U- z$ d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:+ ]" R* I' l# A( A: H) [5 I3 \" B

5 S( W; e8 Z! k% \$ o3 J
( A# U( w! o; O7 e* K+ k

3 b+ t! |0 c4 J# i* u& ?* @% u; K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。
6 ^! o2 }$ j5 s0 |9 M$ k
9 P- H( d) s; [1 G6 z' i/ P7 |8 [
% ]0 z* O0 S7 g; X* j
四、验证实验
6 @! c% \: R4 U2 H& ]% h
6 k8 f" D& y3 z* s( l4 z" t; s6 g
; w/ ^3 I6 h# {" s
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:
. S. a5 ~' s. T& N* ~. f! p" k
- B4 A3 s1 C6 f- _0 O
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 n% a, _# ]) S. p$ ]
8 F" b, P2 z! T& w5 V1 S0 l0 v
! b7 f6 M) i# r& A

- D/ H- S8 o: d8 e

# D" H5 E% n) Q& K- D1 a五、分析结论
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6 }& g1 e" `7 f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。$ Q% l9 t1 c4 G, Y6 r
% S% d" O- b, P$ Q

" v) T5 b0 p9 {* \( [; \# [/ U; A2 C& w0 U7 `2 _: p7 K1 q

- o1 B: C, Q0 l2 I+ v
  • TA的每日心情
    开心
    2022-12-26 15:46
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    [LV.1]初来乍到

    3#
    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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