PCB分層的常見(jiàn)故障分析

電子產(chǎn)品可靠性核心是印制電路板組件 PCBA（Printed Circuit Board Assembly），而印制電路板 PCB 作為各種元器件的載體與電路信號(hào)傳輸?shù)臉屑~已成為電子產(chǎn)品最重要、最關(guān)鍵的部件，其質(zhì)量的好壞與可靠性水平將決定整機(jī)設(shè)備的質(zhì)量與可靠性。

一、PCB分層起泡

IPC-A-610 標(biāo)準(zhǔn)已對(duì)分層起泡給出明確的定義。起泡：一種表現(xiàn)為層壓基材的任何層與層之間，或基材與導(dǎo)電薄膜或保護(hù)性圖層之間的局部膨脹與分離的分層形式；分層：印制板內(nèi)基材的層間，基材與導(dǎo)電箔間或其它間的分離。

具體可參見(jiàn)上圖，PCB分層在板表面的表征為出現(xiàn)“泛白”，而起泡的表征為出現(xiàn)“隆起”。

1.1 分層起泡的特性要因圖

以下分析來(lái)源于廠內(nèi)的失效案例總結(jié)，同時(shí)也收集了 PCB板廠的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)及時(shí)業(yè)內(nèi)同行的分析數(shù)據(jù)。

1.2 分層起泡的失效分析流程

最后，特別強(qiáng)調(diào)，除非確定PCB受潮之外，不建議對(duì)PCB做不必要的烘烤動(dòng)作，烘烤本身是一個(gè)“雙刃劍”，一方面確實(shí)可以起到除濕作用，但其產(chǎn)生的負(fù)作用也不少，若烘烤溫度、時(shí)間設(shè)置不當(dāng)會(huì)加速其分層起泡的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí) PCB 鍍層也是一個(gè)考驗(yàn)，會(huì)加速鍍層的氧化影響其焊接性，特別是OSP表面處理需謹(jǐn)慎處理。

二、PCB 內(nèi)短缺陷

內(nèi)短，即 PCB 電測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的內(nèi)層短路，其缺陷發(fā)生在內(nèi)層圖轉(zhuǎn)至多層壓合這個(gè)過(guò)程，如下圖所示，為內(nèi)短切片的照片。表面上看，內(nèi)層系統(tǒng)這個(gè)環(huán)節(jié)的制程很簡(jiǎn)單，但經(jīng)過(guò)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生內(nèi)短的原因多種多樣，甚至超出內(nèi)層系統(tǒng)的制程，程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們現(xiàn)象。

要想找到內(nèi)短產(chǎn)生的原因，首先要掌握分析內(nèi)短的方法，話句話說(shuō)，要找到內(nèi)層短路的位置。由于最終的成品板經(jīng)過(guò)了壓合、阻焊涂覆等工藝，我們不會(huì)一目了然的看到內(nèi)層短路的位置，進(jìn)而會(huì)通過(guò)一定手段去分析，具體分析流程如下：

（1）電測(cè)試找點(diǎn)：

電測(cè)試發(fā)現(xiàn)短路的產(chǎn)品，由找點(diǎn)人員通過(guò)找點(diǎn)軟件和缺陷坐標(biāo)找出短路位置，并在外層網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行指向標(biāo)記

（2）網(wǎng)絡(luò)分析

對(duì)找點(diǎn)后的產(chǎn)品進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，以找到內(nèi)層短路位置，我們可通過(guò)工程數(shù)據(jù)處理軟件（如 UCAM、GENESIS 等）對(duì)缺陷位置建立網(wǎng)絡(luò)，從而找到內(nèi)短所在層和位置

（3）平磨切片

將缺陷位置切片取樣，并對(duì)切片進(jìn)行平磨，磨至上面網(wǎng)絡(luò)分析出的內(nèi)短層面，如圖 5 所示，最好不要將內(nèi)短所在層面上的 PP 全部磨掉，以免破壞缺陷狀態(tài)，影響對(duì)缺陷的判斷。

三、PCB 爆板失效

爆板位置進(jìn)行切片觀察，發(fā)現(xiàn)芯板的銅箔和樹(shù)脂之間發(fā)生分離，見(jiàn)下圖。這種界面分離原因從兩方面考慮：第一，焊接時(shí)基材受熱膨脹過(guò)大；第二，兩者界面本身的結(jié)合力弱，而造成兩者結(jié)合力弱的原因比較復(fù)雜。

3.1 基材的熱膨脹系數(shù)

對(duì) PCB 基材的熱膨脹系數(shù)（Z-CTE）和膨脹百分比(PTE)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示 PCB 基材的α1-CTE 為 54.7 ppm/℃，α2-CTE 為 288.2 ppm/℃，PTE 為 3.95%。參考 IPC-4101C 規(guī)定對(duì)于一般 Tg 小于 150 ℃的 FR-4 基材，α1-CTE 應(yīng)不大于 60 ppm/℃，α2-CTE 應(yīng)不大于300 ppm/℃，PTE 不大于 4.0％。表明 PCB 焊接過(guò)程中膨脹在可接受的范圍內(nèi)。TMA 測(cè)試曲線如下圖：

3.2 掃描電鏡觀察

剝開(kāi)爆板位置，對(duì)基材和銅箔進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)銅箔一側(cè)沒(méi)有明顯的樹(shù)脂殘留，而兩者之間未發(fā)現(xiàn)污染，表明壓合時(shí)樹(shù)脂沒(méi)有對(duì)銅箔形成良好的潤(rùn)濕。用掃描電鏡對(duì)剝開(kāi)的兩側(cè)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)銅箔的表面處理存在問(wèn)題。進(jìn)一步對(duì)比失效批次和正常批次的芯板銅箔，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在明顯差異，見(jiàn)下圖。正常批次芯板的銅箔毛面銅瘤密度要大，銅面粗糙，失效批次的芯板銅箔毛面銅箔密度小，銅面光滑，這將降低銅箔和樹(shù)脂之間的結(jié)合力。