PCB基材白斑案例分析

PCB基材白斑成因案例分析一、 刖百：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)通常認(rèn)為白斑現(xiàn)象的主要成因是能快速擴(kuò)散到環(huán)氧玻璃中的濕氣和元器件焊接時(shí)的溫度共同作用的結(jié)果。此外，還包括樹(shù)脂的成分、層壓方法、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)°C、(30-70)%RH下存儲(chǔ)了半年。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?chē)你~皮開(kāi)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：共效PCB夕卜^凰一一CS面失效共效PCB夕卜^凰一一CS面失效PCB外規(guī)圉——SS面H不良位置1啟攵大圖3不良位置2^犬圉2圉1失效祥品外規(guī)和不頁(yè)位盞敲決Bid保主中心該失效樣品為2層無(wú)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：位置2水平切片敢大圖-2 位置2水平切片敢大圖-2-圖2不良檢置水平切片點(diǎn)3金丁沉a烘宓盹由圖2的水平切片可以看到，白斑主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?chē)泊嬖谝恍┹^小的白斑，而遠(yuǎn)離孔區(qū)域未發(fā)現(xiàn)白斑現(xiàn)象。由此說(shuō)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面是否也有類(lèi)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：曙除器件后cE不良僵置敢大就險(xiǎn)㈱件疳陰血不良便籃放大黏囹3器件移除后不良位置ia火榭引礪驗(yàn)中心移除器件后，發(fā)現(xiàn)失效樣品在SS面的波峰焊接孔周?chē)?，白斑明顯增多。而在CS面的波峰焊接孔周?chē)部梢?jiàn)明顯的白斑現(xiàn)象。說(shuō)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(wú)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：

邊壕基材區(qū)誡CS邊壕基材區(qū)誡CS面口失茲樣品驗(yàn)面整體囹P?一■■???ij辿緣基村區(qū)1或油面心1=1密集辿緣基村區(qū)1或油面心1=1密集密集孔區(qū)域 密集孔區(qū)域3QH4矢敦樣品邊緣基材區(qū)域和密集耳盤(pán)域泵平笥再卸由失效樣品邊緣基材區(qū)域（無(wú)PTH孔）的水平切片可以看到，該區(qū)域兩面均無(wú)白斑現(xiàn)象；由密集孔區(qū)域的水平切片可以看到，此處并未經(jīng)過(guò)退器件的高溫，但是在波峰焊接孔和其他非波峰焊接孔周?chē)嬖诿黠@的白斑現(xiàn)象。由以上水平切片可知，白斑出現(xiàn)在PTH孔周?chē)蛘哒f(shuō)是無(wú)鉛噴錫孔周?chē)?，并非僅集中在波峰焊接的插件孔周?chē)?。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)失效樣品是否存在分層，對(duì)退器件的區(qū)域制作垂直切片，如下圖5所示：垂直切片整體圖2 垂直切片誕大圖25退器件區(qū)域的垂直切片曲樂(lè)耳尖胡心由上圖5可知，即使退器件的高溫會(huì)加劇白斑現(xiàn)象，但未造成明顯分層現(xiàn)象。此外，由垂直切片可見(jiàn)，白斑出現(xiàn)在靠近阻焊層的基材，而基材內(nèi)部無(wú)玻纖與玻纖之間的分離現(xiàn)象。四、原因分析垂直切片整體圖 垂直切片敝犬圖Xi根據(jù)以上失效位置的確認(rèn)，白斑出現(xiàn)在鉆孔周?chē)?，且僅在基材外側(cè)。且退器件的高遍和電容器插件的波峰焊接均會(huì)加劇白斑的嚴(yán)重程度。通常認(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°C和288°C的分層爆板時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下圖6所示：T-2tfO圳試曲線囹『6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大于30min；T-288時(shí)間為25.85minz大于15mino說(shuō)明失效樣品的分層爆板時(shí)間滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。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)°C熱膨脹百分比PTE進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖7:圖7裝效樣品的固化度和膨臉上瓷磨視霸逵k失效樣品的固化度八Tg=177.97°C-179.39oC=-1.42°C;熱膨脹系數(shù)g-CTE為48.33pm/(m-°C),小于60pm/(m°C),a2-CTE為226.1pm/(m°C),小于300pm/(m°C),(50260)°C熱膨脹百分比PTE為2.478%，小于3.0%。均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。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°C漂錫3次，每次維持時(shí)間10s）如下圖：樊應(yīng)力測(cè)試后----CS面夕馥應(yīng)力測(cè)試后——SS面P Ss奘效樣品惡應(yīng)力測(cè)試前啟粉比詼門(mén)莎自呵通過(guò)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。說(shuō)明失效樣品的在288°C下熱應(yīng)力測(cè)試結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。4.4小結(jié)：通過(guò)以上分層爆板時(shí)間、熱膨脹性能和熱應(yīng)力測(cè)試，說(shuō)明該失效樣品的耐熱性符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。而結(jié)合白斑出現(xiàn)的位置來(lái)看，說(shuō)明該板材是在鉆孔的