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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0 B" \+ _9 A' ~8 U. H6 k
1 Q+ \+ e/ [3 U* [. Q- F
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:
, \- x* |* a% c1 J$ k# z0 W3 y7 W1 L4 l- h4 g" k
4 H3 F; z0 K9 ?+ H& B
3 i8 ^' Z; R/ W+ R1 \7 R; i3 o5 M/ ?  w
* _* O7 S% b; b

  q5 z) S% c: g+ j1 P) f4 B; r二、失效点位置确认; Q' b! F4 X8 H% B, J1 g1 W

* \+ p7 H* E) V) {

: _9 U4 E4 r0 N0 y4 m) g$ ], f2.1 分层界面确认% ]  z) T, q- T

1 d9 |" I# b4 d: Y3 ^

9 M6 i8 ~2 @1 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:

& Y4 J+ E, K  j* v3 V: _2 h* @( l* \: W$ f7 [6 V! D5 F
0 [7 D2 `5 q/ I9 ]1 a1 c% X
9 ^7 D, G9 @2 [
5 q) a: D" ?4 V
) ]2 ?/ h# H& P7 v& Y0 t) B- K) B
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。& v6 P2 d3 _; E7 E! Z- |

/ j7 J3 z2 S6 y6 i8 b7 {
/ f: N6 x2 ?+ q& e) _
2.2 分层起泡点确认* b5 C' v  M4 A& z

$ s* ^0 G- E) U5 C: D" ?) g
: r; F) d2 G6 k4 ]; F
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:1 e+ b* [7 }# c8 ^9 |
& G. G+ {3 ]" y9 o$ ~* N/ W- ~  d

& c, c- x7 G/ W  i% T% ~4 P
4 d3 W3 k$ f" B% X/ c0 J+ L3 h
5 h$ {5 ~0 J! v1 r
+ c# F" e- f4 ^" K3 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。
/ w7 Z4 O# P+ ^, L4 ^4 ^8 p
9 ^# `8 P! `) y- Q
3 ]# x5 U) `+ d, q) D0 s
三、原因分析
( @! ~0 i- z) _% p3 n* ^$ G' x. K; }4 u
. R$ N" L0 [4 t" C
  t7 P# c% R# q
3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认
' a7 G% H% H& b; u, u7 {% i. M7 v5 ]4 `/ v

$ N, ^& [4 I+ S- B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:: F, C6 c6 `2 N1 `
/ t7 M* `/ B, c' z
6 Y& B  z, R) ~3 l# w6 j& j4 H3 G

+ t/ R: @  C! c2 x# A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。
" E! c& j) U1 f! j% F! R- H
2 j! a- J& Q1 l/ O  D6 K) ^

$ _7 H' f* W! i$ ?四、验证实验
6 f( D( S) g: H1 v
  S5 p! W7 E, l( ?0 H
2 ~" W3 w$ g1 ^/ c
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:

" F/ W+ f3 D1 m) ?( G  s; O* e
/ w5 U( P; S  `$ O6 P, x
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。

0 k' h( j* F' m9 ~) m7 h
( C/ F- n3 {% h. t3 h3 H7 Y7 x2 P$ k5 G# t
7 f, E# N: _4 \+ b

+ k7 C* y7 v$ E1 b: t

5 Q) q4 w& N4 a3 B- G8 l# @五、分析结论
3 B: d& m# D# m9 p
1 U/ O1 m! @5 ?2 K! t" g

% f' v! ?' n  p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。( n+ t& T) Z: \( V

6 c8 a3 w( X/ R8 s2 D
; [& p" N" c: G; @& ^. f+ N5 ^7 ?
3 c2 o/ Y/ B0 Y) x% N+ a( S  x% D
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  • 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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