引言

孔壁分離是pcb及pcba熱處理（熱風(fēng)整平錫、熱沖擊、回流焊）等過程中，電鍍通孔的鍍銅層與pcb板本體出現(xiàn)分離的一種缺陷，一旦出現(xiàn)將導(dǎo)致整批產(chǎn)品報(bào)廢或退貨，給生產(chǎn)廠家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。本文以PCB鼓包異常分析為例，分析其異常原因與失效機(jī)理，并提出改善建議。

一、案例背景

PCB噴錫表面處理后出現(xiàn)焊盤和油墨位置鼓包異常，鼓包比例5%。現(xiàn)進(jìn)行測試分析，查找PCB焊盤及油墨位置鼓包異常的原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

目視及體視顯微鏡下，對PCB鼓包外觀及位置分布進(jìn)行檢查：

所有鼓包均分布在大焊盤一角落位置，其他位置未見明顯鼓包異常。鼓包典型外觀照片如圖所示。

圖1. 鼓包位置典型外觀照片

2. 超聲波掃描檢查

為了確認(rèn)其他位置是否也存在鼓包等異常，利用超聲波掃描顯微鏡對異常PCB進(jìn)行掃描分析。

超聲波T模式（透射模式）掃描結(jié)果顯示：除大焊盤一角落位置發(fā)現(xiàn)鼓包或分層異常外，其他位置也發(fā)現(xiàn)不同程度鼓包或分層現(xiàn)象；所有異常位置均位于PCB通孔周圍。

備注：紅色箭頭為鼓包或分層異常位置

圖2. 超聲波掃描檢查結(jié)果

3. 剖面分析

對大焊盤角落位置（NG1區(qū)域）及其他異常位置分別進(jìn)行切片后，利用金相顯微鏡對截面狀況進(jìn)行觀察分析，結(jié)果如下：

NG（大焊盤角落位置）：如圖3所示，切片觀察結(jié)果顯示：

①大焊盤鼓包位置及相鄰綠油位置，均發(fā)現(xiàn)表層銅箔分離異常，分離界面位于銅箔與樹脂之間；

②鼓包區(qū)域靠近通孔集中區(qū)；

③鼓包區(qū)域通孔切片后，存在嚴(yán)重的孔壁分離現(xiàn)象，局部存在內(nèi)層分離異常（內(nèi)層銅箔與孔壁分離）；

④未鼓包區(qū)域通孔切片后，現(xiàn)象與鼓包區(qū)域類似，同樣存在不同程度的孔壁分離及內(nèi)層分離異常；

⑤鼓包區(qū)域銅箔腐蝕后，基銅完整（如圖4所示），排除基銅異常對PCB鼓包的影響。

圖3. NG1位置切片后截面金相觀察照片

圖4. NG1銅箔腐蝕后基銅觀察照片

其他異常位置：如圖5所示，切片結(jié)果顯示：

①異常位置均發(fā)現(xiàn)表層銅箔分離異常，分離界面位于銅箔與樹脂之間；

②異常區(qū)域靠近通孔集中區(qū)；

③異常區(qū)域通孔切片后，存在嚴(yán)重孔壁分離現(xiàn)象，局部存在內(nèi)層分離異常；

④局部表層銅箔未分離區(qū)域，孔壁分離輕微。

圖5. 其他異常位置切片后截面金相觀察照片

外觀正常位置：如圖6所示，相同位置切片結(jié)果顯示：

①表層銅箔整體未見明顯分離現(xiàn)象，局部發(fā)現(xiàn)輕微分離現(xiàn)象，銅箔輕微分離處，通孔孔壁分離相對嚴(yán)重；

②通孔切片后，同樣觀察到孔壁分離現(xiàn)象，但孔壁分離程度整體表現(xiàn)輕微。

圖6. 外觀正常位置切片后截面金相觀察照片

4. 剝離分析

將鼓包位置機(jī)械剝離后，利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對分離界面形貌及成分進(jìn)行分析，結(jié)果圖7所示：

鼓包位置剝離后，分離界面位于銅箔與樹脂結(jié)合位置，放大觀察后，銅箔側(cè)存在樹脂殘留現(xiàn)象，說明銅箔與樹脂結(jié)合正常，即銅箔棕化正常；分離界面發(fā)現(xiàn)C、O、Br、Si、Cu、Mg、Ca元素，未見異常元素存在。

圖7. 鼓包位置機(jī)械剝離后界面形貌觀察及成分分析結(jié)果

三、總結(jié)分析

外觀及超聲波掃描檢查結(jié)果顯示：鼓包異常主要位于大焊盤一角落位置，其他位置也發(fā)現(xiàn)不同程度鼓包或分層現(xiàn)象；所有異常位置均位于PCB通孔周圍。

鼓包或分層異常位置切片分析結(jié)果顯示：①大焊盤鼓包位置及相鄰綠油位置，均發(fā)現(xiàn)表層銅箔分離異常，分離界面位于銅箔與樹脂之間；②鼓包區(qū)域靠近通孔集中區(qū)；③鼓包區(qū)域通孔存在嚴(yán)重孔壁分離現(xiàn)象，局部存在內(nèi)層分離異常（內(nèi)層銅箔與孔壁完全分離，依照標(biāo)準(zhǔn)IPC A-600J-2016 印制板的驗(yàn)收條件，該現(xiàn)象是不能接受的）；④未鼓包區(qū)域通孔切片后，現(xiàn)象與鼓包區(qū)域類似，同樣存在不同程度的孔壁分離及內(nèi)層分離異常（局部表層銅箔未分離區(qū)域，孔壁分離輕微）；⑤鼓包區(qū)域銅箔腐蝕后，基銅完整，排除基銅異常對PCB鼓包的影響。

外觀正常區(qū)域切片結(jié)果顯示：①表層銅箔整體未見明顯分離現(xiàn)象，局部發(fā)現(xiàn)輕微分離現(xiàn)象，銅箔輕微分離處，通孔孔壁分離相對嚴(yán)重；②通孔切片后，同樣觀察到孔壁分離現(xiàn)象，但孔壁分離程度整體表現(xiàn)輕微。

外觀正常區(qū)域切片結(jié)果顯示：①表層銅箔整體未見明顯分離現(xiàn)象，局部發(fā)現(xiàn)輕微分離現(xiàn)象，銅箔輕微分離處，通孔孔壁分離相對嚴(yán)重；②通孔切片后，同樣觀察到孔壁分離現(xiàn)象，但孔壁分離程度整體表現(xiàn)輕微。

PCB表層銅箔鼓包異常主要與兩個(gè)因素相關(guān)：1.界面結(jié)合異常；2.產(chǎn)生了較大內(nèi)應(yīng)力。影響界面結(jié)合質(zhì)量的因素包括：樹脂固化不良；銅箔棕化異常；界面異物。根據(jù)鼓包主要分布在特定區(qū)域，且PCB內(nèi)層并未發(fā)現(xiàn)爆板分層異常，可以排除樹脂固化不良的影響；剝離分析結(jié)果也排除了銅箔棕化異常及界面異物等影響因素，故銅箔鼓包主要與產(chǎn)生了較大內(nèi)應(yīng)力有關(guān)。

剖面結(jié)果可知，銅箔鼓包主要靠近通孔密集位置、鼓包區(qū)域通孔孔壁存在嚴(yán)重分離異常、對應(yīng)位置外觀正常區(qū)域孔壁分離程度整體表現(xiàn)輕微，故鼓包異常與孔壁分離存在正相關(guān)性。孔壁分離后，遇到噴錫處理過程中高溫影響，孔壁分離界面受熱膨脹，最終導(dǎo)致通孔周圍銅箔受到較大內(nèi)應(yīng)力而鼓包。

通孔孔壁分離嚴(yán)重、孔壁質(zhì)量差推測主要與鉆孔質(zhì)量不佳有關(guān)。

四、結(jié)論與建議

噴錫PCB局部鼓包異常的原因?yàn)椋篜CB通孔孔壁分離嚴(yán)重、孔壁質(zhì)量差，噴錫過程中，孔壁分離界面因高溫膨脹而導(dǎo)致周圍表層銅箔受到較大內(nèi)應(yīng)力而鼓包。

改善建議

優(yōu)化鉆孔工藝質(zhì)量，定期更換刀頭。

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