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的一種內在現(xiàn)象，基材內的纖維紗束在交叉處的粘合發(fā)生分離。行業(yè)內一般認為白斑現(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，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力和退器件時的熱應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。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在設定的測試時間（33.36min）內，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%。均符合有關原則規(guī)定。4.3熱應力測試取邊緣基材區(qū)域進行熱應力測試（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力前和3次熱應力后的外觀圖，可以發(fā)現(xiàn)，熱應力后未出現(xiàn)白斑和分層現(xiàn)象。闡明失效樣品的在288℃下熱應力測試成果符合有關原則。4.4小結：通過以上分層爆板時間、熱膨脹性能和熱應力測試，闡明該失效樣品的耐熱性符合有關原則規(guī)定。而結合白斑出現(xiàn)的位置來看，闡明該板材是在鉆孔的機械應力、無鉛噴錫的熱應力和電容器插件