PCBA失效分层起泡原因分析

PCBA失效分层起泡原因分析——样品描述客户名称：FJP终端客户：CITIZEN客户型号：PS66901-F04不良描述：基板分层爆板分析过程外观检查目测观察，样品表面起泡拱起现象较为严重，并呈现大面积的发白区，即基板起泡、分层。切片分析从切片图可以看出此分层位置位于PP与芯板之间，分层界面较为平滑，无杂质。爆板可能性原因分析杂质水份气泡爆板可能性原因排除杂质×水份气泡供应商分析结果板材供应商（生益），根据Tg值测试，含水率分析，切片分析，认为此次爆板的主要原因是PCB吸潮所导致。吸潮模拟实验分析样品选择实验过程实验结果样品选择为实验结果更准确，在样品的选择上，对于样品板我们选用与问题板10850E04A1表面处理、层数，压合厚度、布线密度类似的报废板进行实验，所选实验板详细信息见下：问题板生产型号：实验板生产型号：010850E04G113860E04A1成品板厚：1.52+/-0.10mm成品板厚：1.53+/-0.10mm板材型号：生益，FR4板材型号：生益，FR4外层铜箔厚度：HOZ外层铜箔厚度：HOZ阻焊油墨：LP-4G/G-05阻焊油墨：LP-4G/G-05表面处理：OSP表面处理：OSP布线密度：85％布线密度：85％存放时间：5～8个月存放时间：8个月样品分组产品状态产品型号样品数量阻焊层成品13860E04A112pcs有产品状态产品型号样品数量阻焊层成品13860E04A112pcs无（褪阻焊处理）样品前期处理对于两个样品组，我们将采用六种不同的方法进行前期处理，其目的是为模拟产品回流焊前的各种状态，来验证不同状态的PCB经回流焊后爆板的情况。方法1：150℃，烘烤4h，去除PCB内吸收的水份；方法2：客户端接收状态，即样品板不经过任何处理；方法3：常温下，水中浸泡1h；方法4：常温下，水中浸泡2h；方法5：常温下，水中浸泡3h；方法6：常温下，水中浸泡4h。方法3～方法6是采用浸泡的方式，来模拟PCB因存储不当吸湿的状态。回流焊实验实验条件：290℃4次样品序号Reflow1次Reflow2次Reflow3次Reflow4次有阻焊、加烤√√√√√××有阻焊、接收态√√√××/有阻焊、浸泡1h√√××//有阻焊、浸泡2h××///有阻焊、浸泡3h××///有阻焊、浸泡4h√××//无阻焊、加烤√√√√√××无阻焊、接收态√√××//无阻焊、浸泡1h√√××//无阻焊、浸泡2h√√××//无阻焊、浸泡3h√√××//无阻焊、浸泡4h√××//爆板位置记录：爆板位置样品所占比例边缘处基材处有阻焊/浸泡1h；有阻焊/浸泡2h8％边缘铜箔处无0％图形内基材处有阻焊/加烤；有阻焊/浸泡1h；有阻焊/浸泡2h；无阻焊/加烤；无阻焊/接收态；无阻焊/浸泡1h25％图形内铜箔处有阻焊/加烤；有阻焊/接收态；有阻焊/接收态；有阻焊/浸泡3h；有阻焊/浸泡3h；有阻焊/浸泡4h；有阻焊/浸泡4h；无阻焊/加烤；无阻焊/接收态；无阻焊/浸泡1h；无阻焊/浸泡2h；无阻焊/浸泡2h；无阻焊/浸泡3h；无阻焊/浸泡3h；无阻焊/浸泡4h；无阻焊/浸泡4h64％实验结论样品均出现了爆板，加烤后的板在回流焊三次后出现爆板，而接收态的板在经过第二次回流时就出现严重的爆板现象，查该板当时出货报告可靠性实验，上锡实验是没有问题的，说明此板经长时间储存后，对该板的耐热冲击性能有很大的影响，从加烤后有所改善的情况来看，PCB在存放过程中吸湿是影响此板热冲击性能的主要原因；样品出现爆板的位置绝大部分在图形内，占样品比例的92％；在回流焊实验中，浸泡2h、3h有阻焊层的样品在回流焊一次时全部出现严重的爆板分层现象，而无阻焊的样品大部分是在经过二次回流时出现的爆板，由此我们可以推断阻焊层并不能阻挡水份进入PCB；通过上述实验结果，我们认为PCB在长期存放过程中，会出现吸湿现象，且吸湿位置不仅是发生在板边缘处，覆盖有阻焊的图形区域也同样会有吸湿现象，所以爆板出现在图形区域并不能说明爆板不是吸湿所致。实验结果分析浸泡后的样品比接收态和加烤后的样品先出现爆板；所有实验板经Reflow4次后均出现了爆板；起泡位置多集中在中间位置而不是板边缘；两组样品Reflow情况无明显区别，阻焊对阻止吸湿的作用不明显。浸泡后的样品比接收态和加烤后的先出现爆板浸泡在水中的板，由于水的极性，水分子会沿着玻璃纤维和基体界面进行扩散，而样品是浸泡在水中，在此种环境中，水分子会通过界面缝隙较快的渗进基材中。这样经浸泡处理后的PCB含水量远高于加烤或自然接收态的样品，在经回流焊高温作用时，极易引起分层。所有样品经Reflow4次后均出现了爆板所选样品为在我司成品仓存放了8个月库存品，在存储过程中也存在吸潮的可能，因此自然接收态的样品在reflow2次时就出现了分层现象，样品经加烤后，比接收态样品略有改善，但还是在reflow4次后全部起泡，对此现象，经同生益探讨和查询相关文献、资料后对此现象的发生，将从短暂吸湿和长时间吸湿的特点来进行解释。短暂吸湿、长时间吸湿PCB基板存储时，由于基板所用的玻璃纤维、填充树脂均为极性，环境中的水分子极易通过界面缝隙渗进基材，与基材发生物理和化学反应。首先，水使树脂基材发生溶涨，即水分子与基材中的高分子链形成物理吸附，此种吸附经加烤将迅速解除，吸湿在此阶段是可以消除的，对材料本身的化学成分以及化学结构是没有影响的，短暂吸湿即为此类；随着时间的延长PCB内的水分子将和基材中的玻璃纤维等填充材料发生化学反应，例如：水分子与玻璃纤维的二氧化硅作用，形成氢氧化物，导致纤维强度下降，此阶段，加烤对改善物、化性已发生变化的PCB作用已不明显；因此，样品是经过8个月时间存储的，部分进入PCB的水分子已破坏了化学成分及结构，加烤对改善此种长时间吸潮已无显著效果。起泡位置多集中在中间位置而不是板边缘水分子进入基材后，经渗透、扩散将逐渐进入基材内部。水分子的极性关系，进入基材的水分子将形成一个极性界面层，使得水分子更易沿着玻璃纤维向基板内横向扩散，在回流焊时则多出现为图形区内，而不是板边缘。另水分子不易突破此极性界面沿基材纵向进行扩散，表现为吸潮爆板多出现在PP层间而不是COA材间。出货时间出货数量投诉时间间隔时间2006.08.032个月2006.08.263个月2006.09.013个月2006.07.316178pcs2007.01.286个月2006.09.1310000pcs2007.03.297个月2006-6-210500pcsPS－基板出货后客户端存储时间客户问题解答CITIZEN、JCM、MEIKO均为大企业,不仅是采购使用SUNTAK的基板，还有采购使用其他公司的基板，并以相同保管模式进行管理。但是，暂且客户也只是指出SUNTAK的板有板鼓起现象。请问其中为何故呢？环境的影响存储时间基板材质，玻璃纤维、填充树脂、固化剂等PCB厚度PCB基板吸潮的影响因素水分子渗透机理FICK定律R=1-exp[-0.73(Dt/h2)0.75]式中：R-相对吸水率；t-时间；h-基材厚度；D-沿基材的法向的质量扩散率。不同材质扩散率D不同，填充材料，填充率对D均有影响。有研究表面，影响PCB吸水的原因有：环氧树脂固化剂不同吸水率也不同；PCB中填充体系的占比不同（玻璃纤维等支持体系），吸水速度，扩散率都有不同，大体上填料的增加会加快吸水的速度。从上述影响吸潮的原因分析来看，影响基板吸潮的原因是多方面综合作用的结果，CITIZEN其他加工商生产的其他产品在相同存储环境中未发生吸潮爆板，是可能的，但并不能因此而否定PS基板吸潮，且从生益热重分析的结果来看，样品明显有吸水现象，对于FJP提出的只出现在SUNTAK的基板上，我司认为是PCB基板性质所决定。板鼓起不良的发生位置来看，暂时也只发现在L1~L2,L3~L4之间。芯板的层压条件与多层层压条件基本相同，倘若如SUNTAK所指出的问题在于板吸潮，那么芯板（L2~L3）为何无问题发生？当环境中的水分子由于极性的关系描绘沿着玻璃纤维进入，在PP界面进行扩散，从而形成一个极性界面层。而L1-L2层间是PP粘结，而Core材（L2-L3）表面覆盖铜箔，由于材质物性不同存在另一界面，水分较难越过此极性界面进入Core层界面，使得水分子更易沿着此极性界面发生横向扩散，若要纵向扩散则需要更高能量方能实现，此能量将通过长时间累积获得。因此吸潮爆板较易出现在L1-L2层而不是Core材（L2-L3）。SUNTAK的见解为长期保管的管理问题，以致吸潮问题发生。相关MEIKO3月15日纳品部分，且其公司在日本也可称作一流基板制造商，保管问题自不必说。而且本人曾经在MEIKO任采购部部长，对于保管条件等管理层面非常了解。即使如此那么板鼓起的原因又为何故呢？我司给MEIKO加工的PANELPCB为双面板，不良产生的原因应是基材的关系，与我司制程品质无较大关系。CITIZEN的板鼓起现象严重，非常的一目了然。与此相比JCM的板鼓起现象将是微乎其微的轻微现象。我认为很明确原因也将会不相同。但是为何原因特定在吸潮？切片图对不良板烘烤后能正常使用未再出现爆板并不完全如FJP所述，鼓起不严重，也有分层很明显的样品其余不及CITIZEN严重，与存放时间，存放环境、PCB基板结构有较大关系。CITIZEN-PS基板JCM－基板