PCB分层起泡失效案例分析

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1 背景
4 `6 F# ]' ^2 y' x1 p" e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：

) V& |5 R( W& J2 k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
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, U% F% U8 `/ r% H2.1 分层界面确认
! j: _4 O4 I2 o* d   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：

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。

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3 s0 h( A4 ^- y" @) m& i3 q& K2.2 分层起泡点确认
   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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! Y' v: O" i, @* [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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9 ]9 Z% f; }1 i9 y4 L3 原因分析
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3 h. O' I, ]- W% D( ^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：
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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。
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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：

（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：

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。


4 a) o3 }8 p1 N5 分析结论
- Q- j3 q) o  ~- |2 j! w   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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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