PCB表层铜箔鼓泡分层失效分析案例

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分层爆板是PCB/PCBA板级常见的一类失效现象，在IPC标准中，对分层的定义为：出现在基材内任两层之间或任一块印制板内基材与覆铜箔之间，或其他层内的分离现象。分层爆板的失效模式多种多样，本案例分享一例PCB表层铜箔鼓泡分层的原因分析。

1 案例背景

某型号的6层PCB板，在电镀填孔工序后发现有铜箔鼓泡现象，随后将同生产周期的其他PCB板进行回流过炉检验，发现PCB表面均出现大面积鼓泡现象，不良率为100%，样品外观如图1所示。

据生产信息，开料时，失效板表层铜箔的厚度为18μm，在随后的生产制程中，该板经过减薄铜（减薄至12μm）、化学沉铜、板镀、电镀填孔等工序生产。

2  案例分析

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对起泡位置制作垂直切片，发现PCB板的顶层和底层铜箔均与PP片树脂之间出现分层现象，如图2所示。

制作PCB板上起泡位置与未起泡位置的垂直切片并微蚀后，观察、测量铜层的厚度，结果如下图3所示。由生产流程可知，该PCB板经过减薄铜后进行一次刚性沉铜、板镀、电镀填孔，所以表面铜层应看到三层铜层，且根据生产指示，减薄铜后，基铜控制要求12μm。从切片分析可知，未起泡位置表面铜层有三层，其外层铜层由外往里依次是电镀填孔层、板镀层、基铜层，但是基铜层已经减薄到铜牙位置（剩余厚度2μm左右）；而起泡位置表面铜层只有两层，其外层铜层由外往里依次是电镀填孔层、板镀层，其基铜层已完全缺失，不满足对基铜厚度的生产控制要求，也存在较大的分层起泡风险。

       在PCB上随机取1块未分层位置的切片，在125℃下烘烤6小时，然后在288±5℃下漂锡10s，重复3次，并制作垂直切片观察其内部是否分层，结果如下图4所示。切片分析发现，烘烤后的样品在热应力测试后依然出现分层起泡现象，证明板材受潮并非是该板分层的原因。结合上图3中对镀铜层的观察，失效PCB板上未鼓泡的位置，基铜层仅剩薄薄的一层（2μm左右）铜牙残留，导致铜箔与PP片的结合力较弱，热应力后即发生分层鼓泡现象。

       采用物理剥离的方法，将起泡位置剥开，使用SEM&EDS对样品分层的铜箔与树脂之间界面进行微观形貌观察与元素分析，结果如下图5所示。分层界面剥开后，铜箔界面无树脂残留，微观形貌与压合前的正常铜箔毛面的形貌差异较大，且剥开后的铜箔界面只有C、O、Cu元素，说明剥开后的铜箔界面是在基铜缺失后通过化学沉积到基材表面上的沉铜层界面，此时沉铜层直接与基材表面结合，其结合力较弱，受热后会发生分层起泡。剥开后的树脂界面主要含有C、O、Si、Ca、Cu、Br等元素，未发现异常污染元素，可排除污染导致铜箔起泡的原因。

3  分析小结

  综上分析，该PCB板可能是减薄铜过度，致使基铜缺失，然后经过刚性沉铜、板镀、电镀填孔等工序继续生产。由于沉铜层与树脂的结合力较弱，在受热后会出现分层起泡的现象。另外，未起泡位置的基铜层已经减薄到铜牙位置，同样存在受热后出现分层起泡的风险。
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减薄铜过度，致使基铜缺失