PCB分层起泡失效案例分析—控深钻孔的风险预防

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一、背景
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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：
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+ z# F6 Z5 @/ Z+ A二、失效点位置确认

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/ j0 Y+ l. n7 l( d" r# ~; n2.1 分层界面确认

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：

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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。


5 P4 ~# H4 G. T3 K8 H1 E  L2.2 分层起泡点确认
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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：
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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。
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, I, h& v# G5 B  \7 {% W! r2 g三、原因分析
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$ f: O  s, ]9 S3 p, D2 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：

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" }( }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。


四、验证实验
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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：

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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。

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! d2 ^: l! K* h; X+ D# _( V五、分析结论

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. 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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起泡了就不能用了