PCB分层起泡失效案例分析

QqWw11

1 背景
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：

5 _4 K1 A. j/ b. i" v% D

如图1所示，PCBA上图标记位置有分层起泡现象。

2 失效点位置确认
) m- M0 u" n& N0 L" R0 j
. j8 G0 T8 o  A! b( g1 a, `2.1 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：
8 f% H  |! a8 p* @2 b* N* e

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。


2.2 分层起泡点确认
0 n$ V+ |! z+ K2 J9 s9 h   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 B6 W9 \4 K8 ?2 H4 q, z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。


7 S  O, J5 C5 _" o* X
. M) a) x" R5 e2 S' D
3 原因分析
% k; u2 q) d& p3 ^
  S; P+ V1 W7 T* W/ Y: `& ?3.1 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：
) G6 T' Z4 K) x8 x! _  _0 ?0 T

. c. n5 h) u! q* Y
/ f2 n- O: h6 j6 i/ Q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。

+ Q" a- |: f& l# S


4 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：

- h! Y' G; P+ [（1） 取未分层的无控深钻孔区域进行热应力测试；

3 ^2 s" {5 {' h（2） 取未分层的有控深钻孔区域进行热应力测试。
/ c% @" ?4 s" G8 N$ ]
' d/ u1 V1 L; u" \ 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。


5 分析结论
   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。

silenced

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