PCB分层起泡失效案例分析—控深钻孔的风险预防

summerhotaaa

一、背景
8 _2 X3 U5 r% ]: V9 d' z
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：
0 ]8 m, h1 j. u& V3 `" v% c$ J
& M$ p5 k+ D' k7 n

' K$ [& y4 {3 j  B" C
- R( w( E% c# y$ u: k8 c6 `2 p, B
二、失效点位置确认
2 e* Z# |/ H0 |4 m: e, j' _
9 w9 k7 g! S$ w* s& V
5 e" P7 e/ q$ ~8 s! B2.1 分层界面确认

) \/ q  c( ]. g3 V" M& N# Q* _

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：

" j; g% r. }$ \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。


4 d- X$ I' P- d! F2.2 分层起泡点确认
0 ?! R4 a- S( o' ~* d2 K

( G# z: d8 u/ E6 {7 j" k; O0 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：


$ l, ~8 `+ L2 T- s) U" [0 |  }

4 w3 T) D7 H; z- A# z* U. i' L

0 H1 \1 W) o+ 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。
5 t! ^0 l1 B6 O' S6 [- N* N5 ~7 [

三、原因分析
, u3 o; p- C# |0 o, }9 R: E$ x

+ {; Y3 R, h1 ~5 ]0 ^* V! K3.1 孔壁铜厚和树脂塞孔气泡确认


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：
' m; L0 [0 i7 r
, e  C# M2 Y6 v, x4 ?% s- y! R- C- m
  f) s4 P  W% a% G4 W, X

: S* J" q! k, W1 L4 F7 l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。
8 O, k, B3 n$ H. g  W
, {% T2 r1 L+ A7 ]
, v# _' `* K$ Q四、验证实验
, M$ k& _& d+ D( T0 W4 z) P

1 E: z) w7 T& @; I% B, l1 F# X

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：

) ~9 H" s$ k. U* C% _% w" j

. x% [. B* p% }" F; K9 L: \

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。

. h- W+ R9 e1 Y, t6 w五、分析结论
( F+ Z/ m; z+ ^) u2 G7 v5 O
/ M$ W: ~4 e7 Z& A6 S! u) F
# `" ?8 e; f8 T) Z4 Z% ], z7 y7 e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。

+ @. i3 ~! z0 x0 a

0 R' a3 G+ \5 @; m$ e( |

somethingabc

涨知识

tutututut

起泡了就不能用了