PCB基材白斑案例分析

PCB基材白斑成因案例分析一、序言：白斑是發(fā)生在編織纖維增強型層壓基板內(nèi)的一種內(nèi)在現(xiàn)象，基材內(nèi)的纖維紗束在交叉處的粘合發(fā)生分離。行業(yè)內(nèi)一般認為白斑現(xiàn)象的重要成因是能迅速擴散到環(huán)氧玻璃中的濕氣和元器件焊接時的溫度共同作用的成果。此外，還包括樹脂的成分、層壓措施、耦合劑、Tg等。二、不良板信息描述PCB樣品采用真空包裝，并于(16~30)℃、（30~70）%RH下存儲了六個月。取出樣品進行波峰焊接后發(fā)現(xiàn)了白斑現(xiàn)象，位置均在波峰焊接孔周圍的銅皮開窗的基材部位，發(fā)生率為100%。失效樣品外觀和不良位置放大圖如圖1所示：該失效樣品為2層無鉛噴錫剛性板，兩面均為大銅皮設(shè)計。三、失效位置確認3.1失效位置水平切片分析因失效樣品CS面有電容器的阻擋，因此對失效位置的SS面進行了水平切片研磨分析，如圖2所示：由圖2的水平切片可以看到，白斑重要集中在波峰焊接孔的兩側(cè)，與電容器插件腳方向一致；此外，在該波峰焊接孔周圍也存在某些較小的白斑，而遠離孔區(qū)域未發(fā)現(xiàn)白斑現(xiàn)象。由此闡明，電容器插件的機械應(yīng)力會加劇白斑現(xiàn)象。3.2其他位置水平切片分析為了確認失效樣品CS面與否也有類似的白斑現(xiàn)象，將失效樣品的部分器件進行了移除，移除器件之后的失效樣品外觀和不良位置放大圖如下：移除器件后，發(fā)現(xiàn)失效樣品在SS面的波峰焊接孔周圍，白斑明顯增多。而在CS面的波峰焊接孔周圍也可見明顯的白斑現(xiàn)象。闡明退器件時的熱應(yīng)力會加劇白斑現(xiàn)象。分別對失效樣品邊緣基材區(qū)域（無PTH孔區(qū)域）和密集孔區(qū)域進行水平切片分析，如圖4所示：由失效樣品邊緣基材區(qū)域（無PTH孔）的水平切片可以看到，該區(qū)域兩面均無白斑現(xiàn)象；由密集孔區(qū)域的水平切片可以看到，此處并未通過退器件的高溫，不過在波峰焊接孔和其他非波峰焊接孔周圍均存在明顯的白斑現(xiàn)象。由以上水平切片可知，白斑出目前PTH孔周圍或者說是無鉛噴錫孔周圍，并非僅集中在波峰焊接的插件孔周圍。此外，電容器插件的機械應(yīng)力和退器件時的熱應(yīng)力均會加劇白斑的嚴重程度。3.3白斑界面確認為了確認失效樣品與否存在分層，對退器件的區(qū)域制作垂直切片，如下圖5所示：由上圖5可知，雖然退器件的高溫會加劇白斑現(xiàn)象，但未導(dǎo)致明顯分層現(xiàn)象。此外，由垂直切片可見，白斑出目前靠近阻焊層的基材，而基材內(nèi)部無玻纖與玻纖之間的分離現(xiàn)象。四、原因分析根據(jù)以上失效位置確實認，白斑出目前鉆孔周圍，且僅在基材外側(cè)。且退器件的高溫和電容器插件的波峰焊接均會加劇白斑的嚴重程度。一般認為該板材的耐熱性能異常，因此對該板材的耐熱性進行了如下評估：4.1分層爆板時間確認采用TMA對失效樣品在260℃和288℃的分層爆板時間進行測試，成果如下圖6所示：失效樣品的T-260在設(shè)定的測試時間（33.36min）內(nèi)，未出現(xiàn)分層，即T-260不小于30min；T-288時間為25.85min，不小于15min。闡明失效樣品的分層爆板時間滿足有關(guān)原則規(guī)定。4.2熱膨脹系數(shù)確認采用TMA對失效樣品的固化度△Tg、熱膨脹系數(shù)CTE和（50~260）℃熱膨脹比例PTE進行測試，成果如圖7：失效樣品的固化度△Tg=177.97℃-179.39℃=-1.42℃；熱膨脹系數(shù)α1-CTE為48.33μm/(m·℃)，不不小于60μm/(m·℃)，α2-CTE為226.1μm/(m·℃)

，不不小于300μm/(m·℃)，（50~260）℃熱膨脹比例PTE為2.478%，不不小于3.0%。均符合有關(guān)原則規(guī)定。4.3熱應(yīng)力測試取邊緣基材區(qū)域進行熱應(yīng)力測試（288℃漂錫3次，每次維持時間10s），如下圖：通過對比失效樣品熱應(yīng)力前和3次熱應(yīng)力后的外觀圖，可以發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)力后未出現(xiàn)白斑和分層現(xiàn)象。闡明失效樣品的在288℃下熱應(yīng)力測試成果符合有關(guān)原則。4.4小結(jié)：通過以上分層爆板時間、熱膨脹性能和熱應(yīng)力測試，闡明該失效樣品的耐熱性符合有關(guān)原則規(guī)定。而結(jié)合白斑出現(xiàn)的位置來看，闡明該板材是在鉆孔的機械應(yīng)力、無鉛噴錫的熱應(yīng)力和電容器插件