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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(qiáng)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(rèn)為白斑現(xiàn)象的重要成因是能迅速擴(kuò)散到環(huán)氧玻璃中的濕氣和元器件焊接時(shí)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(chǔ)了六個(gè)月。取出樣品進(jìn)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(jì)。三、失效位置確認(rèn)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(duì)失效位置的SS面進(jìn)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(yuǎn)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(jī)械應(yīng)力會(huì)加劇白斑現(xiàn)象。3.2其他位置水平切片分析為了確認(rèn)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(jìn)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(shí)的熱應(yīng)力會(huì)加劇白斑現(xiàn)象。分別對(duì)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(jìn)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(jī)械應(yīng)力和退器件時(shí)的熱應(yīng)力均會(huì)加劇白斑的嚴(yán)重程度。3.3白斑界面確認(rèn)為了確認(rèn)失效樣品與否存在分層,對(duì)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(huì)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(shí)認(rèn),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(huì)加劇白斑的嚴(yán)重程度。一般認(rèn)為該板材的耐熱性能異常,因此對(duì)該板材的耐熱性進(jìn)行了如下評(píng)估:4.1分層爆板時(shí)間確認(rèn)采用TMA對(duì)失效樣品在260℃和288℃的分層爆板時(shí)間進(jìn)行測(cè)試,成果如下圖6所示:失效樣品的T-260在設(shè)定的測(cè)試時(shí)間(33.36min)內(nèi),未出現(xiàn)分層,即T-260不小于30min;T-288時(shí)間為25.85min,不小于15min。闡明失效樣品的分層爆板時(shí)間滿足有關(guān)原則規(guī)定。4.2熱膨脹系數(shù)確認(rèn)采用TMA對(duì)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(jìn)行測(cè)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(cè)試取邊緣基材區(qū)域進(jìn)行熱應(yīng)力測(cè)試(288℃漂錫3次,每次維持時(shí)間10s),如下圖:通過對(duì)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(cè)試成果符合有關(guān)原則。4.4小結(jié):通過以上分層爆板時(shí)間、熱膨脹性能和熱應(yīng)力測(cè)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(jī)械應(yīng)力、無鉛噴錫的熱應(yīng)力和電容器插件
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