PCB分层失落效分析_铜箔_试样

严泽军

（麦可罗泰克（常州）产品做事有限公司）

摘 要

随着焊接工艺从有铅向无铅转换，焊接温度的提高，使PC B在焊接过程发生分层的风险加大。
造成PC B分层的成分很多，文章通过一款产品的分层失落效案例，来表述失落效剖析过程利用的方法和仪器设备。

0 序言

随着电子产品的功能越来越强大，作为电子元器件载体的PCB组装构造也越来越繁芜。
纯粹的回流焊或波峰焊已经无法知足安装哀求，2次回流焊+1次波峰已变为常见焊接办法，其余含铅焊料的禁用，焊接须要更高的温度（由230 ℃提升至250 ℃），这对PCB材料的耐热性和PCB的加工工艺提出了更高的哀求。
本文先容了一款车用PCB在2次回流焊后分层失落效的剖析。

1 不良信息调查

（1）失落效征象和不良比例：与客户沟通后理解到，这款产品在2次回流焊后局部区域有分层起泡征象，分层起泡位置没有固定位置，不良比例大约在90%以上。

（2）构造设计：4层板，叠构是外层铜箔（1 oz）+粘结片+芯板（2 oz铜箔）+粘结片+外层铜箔（1 oz），无埋、盲孔设计。
此产品已经由多批次量产，之前未创造分层起泡征象。

（3）生产状况：钻孔参数、层压工艺、棕化工艺、回流焊工艺正常。

（4）存贮条件：该产品利用的粘结片和芯板储存的温度和湿度正常。

（5）通过以上调查，初步打消了钻孔、压合、棕化和焊接非常造成的PCB分层。

2 缘故原由剖析

2.1 失落效模式确认

随机选取2块失落效样品，在每块样品上用金刚石刀片移取3个分层区域进行垂直剖切，切片显示所有分层均发生在外层铜箔和粘结片之间，导体的“铜牙”长度和导体底部的“奶油层”厚度没有明显非常（见图1）。

2.2 分层面外不雅观剖析

在失落效样品上用手术刀片把分层区域剥开，在放大镜下不雅观察分层面是否存在非常，分层面未创造有明显划伤、异物和铜箔氧化变色等非常。

2.3 材料吸湿导致的分层剖析

（1）PCB板材如果吸入了过量的水分，在焊接到达高温阶段时，板材内的水分被瞬间汽化膨胀，使PCB发生分层爆板。

（2）吸水量剖析：从失落效样品上移取试样，去除试样上的铜箔，切割10~30 mg重量的试样，用砂纸或等效工具打磨试样的边缘。
将试样放入TGA（热重量剖析）试验仪中，以升温速10 ℃/min从室温升到105 ℃，并恒定120 min。
剖析扫描曲线，求出吸水量，PCB 的吸水量是0.18%（见图2），符合企业技能哀求（一样平常CCL企业规定板材吸水量应小于0.35%，如果大于这个值，PCB在焊接中有分层爆板的风险）。

（3）仿照回流焊验证实验：取5块与失落效样品同批次未焊接的PCB放入烘箱中，在105 ℃条件下烘烤24小时，使样品中水分彻底去除。
然后参照IPC-TM-650方法2.6.27进行仿照回流焊（峰值温度260 ℃±5 ℃）测试，回流焊参数如图4所示。
测试结果显示有1块样品在过完第一次回流焊后就涌现了分层起泡，别的的最多在过完三次回流焊也涌现了分层起泡（对付汽车板，一样平常哀求5次回流焊后无分层起泡征象）。
该实验解释此产品的分层起泡与板材是否吸湿无关。

2.4 材料耐热性剖析

2.4.1 玻璃化转变温度（ T g ）和固化成分（△ T g ）剖析

参照IPC-TM-650 方法 2.4.25D，从失落效板上切割一块试样，用砂纸或等效工具打磨试样

边缘，使重量符合（10~40）mg。
试样在温度（105±2）℃下处理（2±0.25）h，然后放在干燥器中保存至少0.5 h，冷却至室温。
将样品压入铝盘中，并安装在DSC仪的平台上，以20 ℃/min的速率从30 ℃到190 ℃进行预扫描，后立即冷却到初始温度。
以速率20 ℃/min扫描到210 ℃。
如果须要固化因数，在210 ℃恒温（15±0.5）min后立即冷却到初始温度，以速率20 ℃/min进行第二次升温，升温至210 ℃。
剖析扫描曲线，求出玻璃化转变温度和固化因数，检测结果符合技能哀求（ T g 哀求150 ℃以上，△ T g 哀求3 ℃以内），见表1和图5。

2.4.2 Z轴热膨胀系数

参照IPC-TM-650 方法 2.4.24C，从失落效板上按尺寸6.35 mm×6.35 mm切割试样（内层无铜区域），用砂纸或等效工具打磨试样边缘。
将试样在温度（105±2）℃下处理（2±0.25）h，然后放在干燥器中冷却至室温；将试样安装在TMA仪的平台上，并对其施加5 g的负荷。
；以10 ℃/min的升温速率从室温加热到260 ℃；剖析扫描曲线，求出Z轴热膨胀系数，检测结果符合技能哀求（ T g 前小于50 μm/m℃，PTE（热膨胀百分比）小于5%）（见表2、图5）。

2.4.3 结论

从以上剖析数据可知，样品的 T g 、△ T g 及CTE均符合客户技能哀求，解释板材的耐热性正常。

2.5 分层面、未压合的铜箔粗糙面SEM/EDS剖析

（1）失落效样品分层面用SEM/EDS 剖析，SEM显示外层导体一侧的铜箔粗糙面上大部分区域没有明显的树脂残留，解释PCB在压合后铜箔与树脂间结合力较差。
从铜箔粗糙面的描述来看，粗糙度均匀性不佳（见图6）； EDS显示分层面未创造非常元素，打消了污染造成的分层（见图7）。

（2）未压合的铜箔（与失落效样品同批次）粗糙面用SEM/EDS剖析，SEM显示铜箔粗糙面大部分区域很平坦，没有形成均匀的粗糙描述（见图9）。
铜箔在加工中有一个粗化、固化处理过程，处理完后形成均匀的葡萄球状颗粒描述（见图10），这种处理的目的是增大铜箔粗糙面的打仗面积，使铜箔与树脂结合后的粘结强度增大。

2.6 铜箔的抗剥离强度验证明验

把与失落效样品同批次的铜箔按正常工艺压合成20 mm×20 mm的PCB，在样品上蚀刻3 mm旁边宽度的导线多少条，然后按IPC-TM-650方法2.4.8把样品上导线夹在拉力机上，以恒定速率50 mm/min的速率，至少剥离25.4 mm长的导线，记录最小均匀剥离力（LM），检测结果显示导线剥离强度在（0.82~1.10）N/mm（客户技能哀求是大于1.5 N/mm），铜箔的抗剥离强度明显偏小。

3 总结和建议

PCB分层失落效机理是由铜箔和粘结片高温压合后形成物理结合，但不同材料的膨胀系数存在差异（树脂的热膨胀系数远大于铜箔），形成内部应力。
一旦内应力超过铜箔与粘结片树脂间的结合力，就会导致原来粘合在一起的结合面分离涌现分层。

PCB板材的耐热性正常。
铜箔粗糙面瘤化不屈均，导致压合后铜箔与树脂间结合力偏小，是造成PCB在焊接管热后分层的紧张缘故原由。

铜箔厂对铜箔的外不雅观考验紧张通过目视检讨或光学显微镜检讨，以上方法无法看清铜箔粗糙面的微不雅观描述是否正常，建议增加SEM的放大检讨（1000倍以上）和铜箔的抗剥离强度测试。
铜箔粗糙面描述不良每每是整批次的，做成PCB成品后将会造成巨大的经济丢失。