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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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x
一、背景
. A) R1 |& I" F1 ^7 q: p
* T7 ?1 }* g: i, @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:
' L' A5 D; [$ ~: x, R  O" F0 q3 q2 A2 h! B  Y4 k7 A4 \* p& Y* }

- X1 e$ s) }  t' L8 m: F( t, |! o4 [
% g$ \9 j4 y+ m2 V' Z

2 E- D3 u. {$ x

8 M; |; T+ ?6 Z0 p* h1 R二、失效点位置确认
, ?, G: `3 x/ \  d& a
1 q9 f# f* y4 M# ~

! _' x# ?* N0 m* [+ @0 }3 T2.1 分层界面确认
% k6 x3 r8 d, D* v* L: P& p" S4 q" H# r9 K; h& k; h2 ^
/ v8 u, o- L, e# N6 O; z2 W5 I" U
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:
  \  e* T! k2 ]8 n/ J* L

9 `0 X2 [0 I5 k# v

( g* I: ^# o% e2 H$ x. R
- g9 z! ?/ ^3 y7 d

3 D' [% a& e- J6 j; l3 }
* }) P7 C! J; S: m/ \6 H0 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。5 h, A# O6 Q1 @
# v( e7 \2 k3 c) E

0 n' R: `, s# v, W2.2 分层起泡点确认
/ A$ m/ ~! u! c! _- g
" J1 h$ U3 t% g% k

) _* x6 j/ _/ 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:
3 q' G$ x& x1 l+ v" Y; ^* t
" L& S- H5 b4 q

4 {. z7 {. Q3 I: i7 A

* `3 \9 R2 m# g8 u9 C7 g" f7 r% @/ V+ M
4 V+ u4 o" J2 ~' s. l- p- L7 \2 [
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。, w1 k9 X7 w3 J3 w$ K! E" W* D2 O

3 B2 e" }+ }4 t8 ]

  W9 L0 r5 S; _) o+ b5 ?三、原因分析: c% e7 j# [6 C- F2 m
0 }' X) [! x- w5 B4 \5 |# g% |7 w

2 K$ n- h; N/ `, Y6 R# G& L( B$ x3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认" Z: s3 q+ t6 {0 a- D8 l' }
' h# x7 |( q, Z8 r9 n4 [' D: n
6 e" N8 ^$ j; r6 C9 c  J
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:
2 V1 n2 y8 p8 N% A
& L! W0 a6 M0 |. B9 x

' C, N- ]1 R' B! g* `
3 N4 c- B# @7 P& Y$ |2 E3 e
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。0 J* `) w4 V3 V8 g' f
$ K0 R5 m5 Y. M
( D9 w2 Y' s( c  {3 D$ h, J- p
四、验证实验; |7 g5 \& g" A7 o- w

4 w) O& R5 H0 H5 c- q5 C

, n2 e: F% \, U0 G4 _: d
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:
$ X7 N/ t  _9 D( D$ A( ]  c
2 W! j7 q+ K8 W% \
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。

9 y. i1 T' N5 V$ {, L  l" G& a- G9 O; j, Q% Z4 m9 Q4 X9 I

* w1 G6 ]& A5 L* ?1 R# `: e  w0 P; [( C) a" ]5 C2 b
/ H' w0 [) k9 @6 g
五、分析结论
" c* K4 c) Z9 R1 Q
+ s7 D8 \% V- r9 e: y! Q% `) S* P2 z

; ^# h- ~: z, E8 t9 z' w0 g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。. I5 f9 R7 q; P8 D
& ~) n$ {/ P1 L

# T5 A, K8 \$ Z+ Q+ s& G9 X) D* x( h) D1 k  C
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    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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