PCB爆板失效分析
2014-10-24 瀏覽量：4738
1. 案例背景
客戶反映樣品使用一段時(shí)間后出現(xiàn)了LED燈發(fā)光異常，懷疑板材漏電引起。
2. 分析方法簡(jiǎn)述
A．經(jīng)外觀檢查，NG樣品外觀未見異常，焊點(diǎn)焊接良好，板面未見明顯助焊劑殘留及腐蝕變色痕跡；PCB光板外觀未見破損、腐蝕、變色等異常現(xiàn)象；對(duì)基板進(jìn)行熱應(yīng)力沖擊試驗(yàn)后（260℃模擬焊接），其外觀未見明顯變色等異常。
B．將NG的PCBA板，PCB光板和基板分別制成切片分析，通過SEM觀察剖面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)可見NG樣品LED燈不良區(qū)域板材存在明顯的爆板分層現(xiàn)象，PCB光板內(nèi)部存在裂紋，基板內(nèi)部空洞也較多。
C. 對(duì)NG的PCBA板和基板進(jìn)行Tg，T260測(cè)試，并對(duì)NG的PCBA板進(jìn)行Z-CTE和TGA測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果表明：（1）NG樣品板材和基板的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg值均偏低，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）NG樣品板材的T260值為8.55 min ，基板樣品的T260值為17.35min，根據(jù)IPC-4101C中對(duì)該類型板材的要求（T260最小30min，T288最小5min）可知，該板材的T260不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。（3）對(duì)NG樣品進(jìn)行Z-CTE測(cè)試可知該板材Tg前CTE為64.81ppm/℃，Tg后CTE值為319.5 ppm/℃，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IPC-4101在Tg前CTE為60ppm/℃，Tg后CTE值為300 ppm/℃，即該批板材Z-CTE值不符合技術(shù)規(guī)范要求。（4）NG樣品熱裂解溫度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該板材的熱裂解溫度為323.14ºC，符合IPC-4101 的標(biāo)準(zhǔn)。
3. 分析與討論
1)經(jīng)外觀檢查，NG樣品外觀未見異常，焊點(diǎn)焊接良好，板面未見明顯助焊劑殘留及腐蝕變色痕跡；PCB光板外觀未見破損、腐蝕、變色等異?，F(xiàn)象；對(duì)基板進(jìn)行熱應(yīng)力沖擊試驗(yàn)后（260℃模擬焊接），其外觀未見明顯變色等異常。
2)將NG的PCBA板，PCB光板和基板分別制成切片分析，可見NG樣品LED燈不良區(qū)域板材存在明顯的爆板分層現(xiàn)象，PCB光板內(nèi)部存在裂紋，基板內(nèi)部空洞也較多，失效原因?yàn)镻CB板出現(xiàn)問題。
3)熱性能分析：
A．對(duì)NG樣品進(jìn)行玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與固化因子測(cè)試發(fā)現(xiàn)該板材第一次升溫Tg值為103.54℃，第二次升溫Tg值為117.74℃，固化因子為14.2℃，而客供參考值為Tg≥125℃，即該板材Tg值偏低不符合技術(shù)規(guī)范要求。
對(duì)基板進(jìn)行玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與固化因子測(cè)試發(fā)現(xiàn)該板材第一次升溫Tg值為122.56℃，第二次升溫Tg值為125.34℃，固化因子為2.78℃，而客供參考值為Tg≥125℃，即該板材Tg稍有偏低，僅在去除熱歷史后其Tg基本符合技術(shù)規(guī)范要求。
因玻璃化轉(zhuǎn)變前后Z-CTE變化較大，因此高的Tg值會(huì)提高板材的耐熱性。
B．對(duì)NG樣品進(jìn)行Z-CTE測(cè)試可知該板材Tg前CTE為64.81ppm/℃，Tg后CTE值為319.5 ppm/℃，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IPC-4101在Tg前CTE為60ppm/℃，Tg后CTE值為300 ppm/℃，即該批板材Z-CTE值不符合技術(shù)規(guī)范要求。大的Z-CTE會(huì)造成基材樹脂與銅箔間膨脹系數(shù)的不匹配。在回流焊過程中導(dǎo)致膨脹尺寸變化速度不一致將會(huì)引起較大的縱向應(yīng)力導(dǎo)致爆板發(fā)生。導(dǎo)致產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)功能異常問題。
C. NG樣品熱裂解溫度測(cè)試發(fā)現(xiàn)：該板材的熱裂解溫度為323.14℃，符合IPC-4101 的標(biāo)準(zhǔn)。
D．NG樣品板材的T260值為8.55 min，基板樣品的T260值為17.35 min，根據(jù)IPC-4101C中對(duì)該類型板材的要求（T260最小30min，T288最小5min）可知，該板材的T260不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。板材在使用的過程中，耐熱性能差，容易引起爆板分層的現(xiàn)象發(fā)生。
4. 結(jié)論
綜合以上測(cè)試及分析可知，導(dǎo)致樣品出現(xiàn)漏電失效的原因應(yīng)為PCB板本身材料問題引起，建議使用方在來料驗(yàn)收時(shí)應(yīng)特別注意其板材的以下性能參數(shù)：玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg、線膨脹系數(shù)Z-CTE、耐熱烈溫度T260。
5. 參考標(biāo)準(zhǔn)
IPC-TM-650 2.1.1 手動(dòng)微切片法
IPC-TM-650 2.4.25 差分掃描熱量測(cè)定玻璃態(tài)溫度和固化因素（DSC法）
IPC-TM-650 2.4.24.1 分層（裂解）時(shí)間（TMA法）
IPC-TM-650 2.4.13.1 層壓板熱應(yīng)力
IPC-6012C-2010剛性印刷板的資格認(rèn)證和性能
IPC-4101C-2009剛性及多層印制板用基材規(guī)范
IPC-TM-650 2. 4.24 玻璃化溫度和Z軸熱膨脹（TMA法）
JY/T 010-1996分析型掃描電子顯微鏡方法通則
GB/T 16594-2008微米級(jí)長度的掃描電鏡測(cè)量方法通則
GB/T 17359-2012微束分析 能譜法定量分析
IPC-TM-650 2.4.24.6 Decomposition Temperature (Td) of Laminate Material Using TGA。
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