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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
1 v* R* ]( J2 m% V7 g, e7 b) ~0 N7 j
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:
9 C- \' p4 |! m
7 X+ [: L9 T* P' x  W4 b5 o

1 x  C# y4 ~$ j# x! X  w) O( ]: \

# Q3 b* L# t8 Z. K( D9 D0 e
1 \; W) T7 Q) D4 }) `9 Q: q+ @/ B

+ z# F6 Z5 @/ Z+ A二、失效点位置确认0 V0 i2 G5 ]* [! M

' l4 P& I9 D! n3 e

/ j0 Y+ l. n7 l( d" r# ~; n2.1 分层界面确认8 Q: G$ s& M) t* d* d' b
6 n* P  o. W) x& E+ E* H, ?
; \" o8 u1 k2 r" j
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:
- b# ?/ p: |6 ]3 n0 b7 c0 U
' o8 C) e5 G8 p
# K; S% ]/ T5 _

1 f& q, Z. S0 _5 H5 k
$ u, f6 W" h" h  m$ M! y8 {
" m5 O1 @# x. T& O! n
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。. F& T6 m5 S% T, m  L; Y9 _
% g& H0 Z1 h3 L3 i5 R" F

5 P4 ~# H4 G. T3 K8 H1 E  L2.2 分层起泡点确认
) a0 M7 ?( r9 }. F; e! V0 |" L( U" i* z* b3 u; m2 U4 Q

3 a( _: M6 t0 N: V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( y6 e" T/ W: k1 {. c, y8 d& R8 J; B# p4 c) ]

) c7 k: B2 x; p' `
& s  R5 ^; v8 ]1 B
, l. P- W, w7 [1 I) W! e/ z- P5 v
/ ?2 o% f. j8 w
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。
- h  k5 d$ q; H' l' C" r
% }. R. S/ Q% L3 V7 Y+ Q; L

, I, h& v# G5 B  \7 {% W! r2 g三、原因分析
4 _. B; t. U# H6 G" ~' k
* }4 _9 n# a0 J, A4 A

$ f: O  s, ]9 S3 p, D2 k3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认# r* j) s" \' b& v" t4 |" O
) I9 p1 D5 i5 u! d  I
0 G5 i! f7 k# p% R6 {8 f& x  v
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:% E6 _+ u" }2 _% k2 n1 ~' n6 f) ~

% g8 F! j; D1 t0 z6 i
. f- T3 U# G, m. c7 H3 t) ?

" }( }0 ~1 \" k2 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。* D" K, \0 N+ h
5 V  P! \8 I9 U8 Q
; L; H8 l+ ?3 P9 L0 T3 v* v  {
四、验证实验
1 b# c: C8 _. O! I  n0 y6 o* @; @  U& B

; f6 o7 B- j5 F% }, d$ U
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:

# J* u( q6 @% K  x0 C- `
& }& U8 b" b1 C! V  h4 M5 ~" B
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 P# l& d; @7 N/ `4 M$ l! ?! d

# X3 p1 B/ J- h/ g3 t1 E' {* R

+ V4 z- F9 A: y$ M0 i
$ S# `# E+ Z. h3 ^" C- `/ t4 h

! d2 ^: l! K* h; X+ D# _( V五、分析结论7 }5 \4 ?. M% Z" Y% o

8 ^4 h: K" Z+ ^7 y0 N

. b4 m& T/ Z% I4 m, c  D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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8 L9 }& ?% q" \+ H) Q
4 D) G3 j( q1 L6 y! M; w
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    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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