高濕高溫雙重夾擊 | PCBA爆板分層失效分析

PCBA在加工或使用過程中出現(xiàn)的分層或起泡現(xiàn)象，這是一種嚴(yán)重的不良現(xiàn)象，可能導(dǎo)致整個(gè)電路板失效。PCBA爆板可能涉及多個(gè)因素，包括材料、設(shè)計(jì)、制程和環(huán)境等方面。

本文以PCBA爆板分層失效為例，通過剝離分析、熱應(yīng)力測(cè)試等方法，分析其失效原因與機(jī)理，并提出預(yù)防對(duì)策。

測(cè)試分析

1 外觀檢查

進(jìn)行外觀檢查，結(jié)果如圖1所示，PCBA上下表面未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，但側(cè)面發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重分層現(xiàn)象，分層主要分布于兩導(dǎo)線焊點(diǎn)位置，其他位置未發(fā)現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象。

圖1. NG1外觀照片

2 分層界面確認(rèn)

對(duì)分層位置放大觀察，發(fā)現(xiàn)分層界面位于表層PP樹脂內(nèi)，如圖2所示：

導(dǎo)致樹脂內(nèi)界面分層的因素有以下幾點(diǎn)：①分層界面存在污染；②PCB受潮；③PCB耐熱性能不足；④樹脂固化不完全；⑤局部受熱過量。

圖2. 分層位置觀察照片

3 剝離分析

對(duì)NG1分層位置剝離后，并對(duì)分離后界面進(jìn)行觀察分析，結(jié)果如圖3及表1所示：

分離界面主要含有C、O、Al、Si及微量的Ca、Mg元素，未發(fā)現(xiàn)異常元素存在，排除污染對(duì)分層爆板的影響。

圖3. NG1剝離后SEM圖片

表1. NG1剝離后成分測(cè)試結(jié)果（wt.%）

4 吸水率測(cè)試

為確認(rèn)NG1爆板是否與PCB受潮有關(guān)，對(duì)PCB光板及覆箔板吸水率進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)其是否符合要求，結(jié)果如下：

PCB光板吸水率測(cè)試：

參考IPC-TM-650-2018 2.6.2.1A覆箔板的吸水率測(cè)試方法的要求進(jìn)行制樣和測(cè)試后。如表2所示，PCB光板吸水率實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)結(jié)果為0.24%。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試PCB吸水率低于回收時(shí)收到的板材吸水率標(biāo)準(zhǔn)值。

表2. PCB光板吸水率實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)結(jié)果（單位：g）

覆箔板吸水率測(cè)試：

參考標(biāo)準(zhǔn)IPC-TM-650-2018 2.6.2.1A 覆箔板的吸水率測(cè)試方法，對(duì)3塊覆箔板進(jìn)行吸水率測(cè)試，如表3所示：覆箔板吸水率實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)試結(jié)果為0.21%，也小于回收時(shí)收到的板材吸水率標(biāo)準(zhǔn)值。

表3. 覆箔板吸水率實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)結(jié)果（單位：g）

5 熱應(yīng)力測(cè)試

為確認(rèn)PCB光板的耐熱沖擊能力是否符合要求，參考IPC-TM-650-2018 2.4.13.1 層壓板熱應(yīng)力測(cè)試方法，分別按三種條件對(duì)PCB光板進(jìn)行熱應(yīng)力測(cè)試，結(jié)果如下：

如圖4—6所示，常溫放置24h PCB光板及吸潮后PCB光板，漂錫三次后都發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象，分層位于表層PP樹脂內(nèi)，與NG1分層位置一致。烘烤后PCB光板，漂錫三次后未發(fā)現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象。

綜上可知，該P(yáng)CB爆板分層與PCB光板受潮直接相關(guān)。

圖4. PCB烘烤并漂錫三次后切片照片

圖5. PCB吸濕并漂錫三次后切片照片

圖6. PCB常溫放置24h并漂錫三次后切片照片

6 爐溫曲線分析

如圖7所示，由profile曲線可知，預(yù)熱時(shí)間（150℃-180℃）最大為94.50s，回流時(shí)間（＞220℃）最大為55.00s，峰值溫度最高為248.5℃，參考標(biāo)準(zhǔn)IPC/JEDEC J-STD-020E-2015非氣密固態(tài)表面貼裝器件的潮濕/再流焊敏感度分類中對(duì)回流焊溫度要求，爐溫設(shè)置正常，未表現(xiàn)出熱輸入過量特征。

圖7. Profile曲線

結(jié)論

PCBA爆板分層的原因?yàn)镻CB光板受潮后，導(dǎo)致PCB光板耐熱性能不足，當(dāng)遇到回流高溫時(shí)出現(xiàn)爆板分層不良。

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