PCB爆板失效分析
2014-10-24 瀏覽量：4681
1. 案例背景
客戶反映樣品使用一段時間后出現了LED燈發光異常，懷疑板材漏電引起。
2. 分析方法簡述
A．經外觀檢查，NG樣品外觀未見異常，焊點焊接良好，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象；對基板進行熱應力沖擊試驗后（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觀察剖面結構，發現可見NG樣品LED燈不良區域板材存在明顯的爆板分層現象，PCB光板內部存在裂紋，基板內部空洞也較多。
C. 對NG的PCBA板和基板進行Tg，T260測試，并對NG的PCBA板進行Z-CTE和TGA測試。檢測結果表明：（1）NG樣品板材和基板的玻璃態轉化溫度Tg值均偏低，不符合標準要求。（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IPC-4101C中對該類型板材的要求（T260最小30min，T288最小5min）可知，該板材的T260不滿足標準要求。（3）對NG樣品進行Z-CTE測試可知該板材Tg前CTE為64.81ppm/℃，Tg后CTE值為319.5 ppm/℃，根據標準IPC-4101在Tg前CTE為60ppm/℃，Tg后CTE值為300 ppm/℃，即該批板材Z-CTE值不符合技術規范要求。（4）NG樣品熱裂解溫度測試發現，該板材的熱裂解溫度為323.14ºC，符合IPC-4101 的標準。
3. 分析與討論
1)經外觀檢查，NG樣品外觀未見異常，焊點焊接良好，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象；對基板進行熱應力沖擊試驗后（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燈不良區域板材存在明顯的爆板分層現象，PCB光板內部存在裂紋，基板內部空洞也較多，失效原因為PCB板出現問題。
3)熱性能分析：
A．對NG樣品進行玻璃化轉變溫度與固化因子測試發現該板材第一次升溫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值偏低不符合技術規范要求。
對基板進行玻璃化轉變溫度與固化因子測試發現該板材第一次升溫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基本符合技術規范要求。
因玻璃化轉變前后Z-CTE變化較大，因此高的Tg值會提高板材的耐熱性。
B．對NG樣品進行Z-CTE測試可知該板材Tg前CTE為64.81ppm/℃，Tg后CTE值為319.5 ppm/℃，根據標準IPC-4101在Tg前CTE為60ppm/℃，Tg后CTE值為300 ppm/℃，即該批板材Z-CTE值不符合技術規范要求。大的Z-CTE會造成基材樹脂與銅箔間膨脹系數的不匹配。在回流焊過程中導致膨脹尺寸變化速度不一致將會引起較大的縱向應力導致爆板發生。導致產品在使用過程中出現功能異常問題。
C. NG樣品熱裂解溫度測試發現：該板材的熱裂解溫度為323.14℃，符合IPC-4101 的標準。
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IPC-4101C中對該類型板材的要求（T260最小30min，T288最小5min）可知，該板材的T260不滿足標準要求。板材在使用的過程中，耐熱性能差，容易引起爆板分層的現象發生。
4. 結論
綜合以上測試及分析可知，導致樣品出現漏電失效的原因應為PCB板本身材料問題引起，建議使用方在來料驗收時應特別注意其板材的以下性能參數：玻璃態轉化溫度Tg、線膨脹系數Z-CTE、耐熱烈溫度T260。
5. 參考標準
IPC-TM-650 2.1.1 手動微切片法
IPC-TM-650 2.4.25 差分掃描熱量測定玻璃態溫度和固化因素（DSC法）
IPC-TM-650 2.4.24.1 分層（裂解）時間（TMA法）
IPC-TM-650 2.4.13.1 層壓板熱應力
IPC-6012C-2010剛性印刷板的資格認證和性能
IPC-4101C-2009剛性及多層印制板用基材規范
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微米級長度的掃描電鏡測量方法通則
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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