PCB分层起泡失效案例分析—控深钻孔的风险预防

summerhotaaa

一、背景

+ P+ y% \, a" o7 Y" p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：

& ]+ Q6 _' `0 v0 v# O5 i

二、失效点位置确认
$ b5 O& x" i1 I* T& t

2.1 分层界面确认
0 j2 a6 \: N, c/ n* x9 I

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：

6 y" r) Z; r  R% h. ~0 k* p" X
$ c: _+ d  k0 {) N. A2 ?

! ?. F( d7 c- Z+ `3 T; B
, r' O. C: ~% P' H
, r, z9 c" r& s6 J" t$ L; s9 b% l, P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。
1 {, }: ^' g7 v5 U5 g0 N, H3 l
; U0 m& e2 F/ `- |* S! X) y
5 d( {8 B: ^1 p) [+ C7 Z- R2.2 分层起泡点确认
$ P! M8 [" l% f; Z+ O) j8 _

  r/ s' F1 E$ c2 S# y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：

* A$ I. W# _6 I+ [$ f
5 Y5 ~9 [! @( |, D5 h+ L
% Q3 k& ^" R: G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。
) A) u) L% n! A

三、原因分析
) O5 ~8 a& r* a: {0 c4 ]
2 e! q' N$ r' V7 h- E- F
3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认
, T9 R! }( O0 F3 m' |( |

) S: t$ D7 T2 `$ o. g; v) G# P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：

  ]* i3 X5 {: U1 q# W
+ F8 M  n8 C( I6 j. j: c

! J9 C, ^7 X0 m3 \3 y7 a, 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。
3 G! R+ P1 R3 u2 S$ Y

四、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；

（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：

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。

# b. B5 |* J% F. v0 \* G


五、分析结论

: X( k# T; B* K
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。
% P3 X* c6 R2 H" x0 ?

0 {" s6 B: I1 r- G! v! J
2 @/ T3 P$ L- P% l5 [
! g8 _/ T+ i/ `& U4 Q

somethingabc

涨知识

tutututut

起泡了就不能用了