PCBA 失效分层起泡原因分析

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Reflow 4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。
间。
PS－基板出货后客户端存储时间
出货时间 出货数量 投诉时间 间隔时间
2006.08.03 2006-6-2 10500pcs 2006.08.26 2006.09.01 2006.07.31 2006.09.13 6178pcs 10000pcs 2007.01.28 2007.03.29
2个月 3个月 3个月 6个月 7个月
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：
切片图
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
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
问题板生产型号： 010850E04G1 成品板厚：1.52+/-0.10mm 板材型号：生益，FR4 外层铜箔厚度：H OZ 阻焊油墨：LP-4G/G-05 表面处理：OSP 布线密度：85％ 存放时间：5～8个月 实验板生产型号： 13860E04A1 成品板厚：1.53+/-0.10mm 板材型号：生益，FR4 外层铜箔厚度：H OZ 阻焊油墨：LP-4G/G-05 表面处理：OSP 布线密度：85％ 存放时间：8个月
PCBA 失效分层起泡原因分析
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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。
Reflow2次 Reflow3次 Reflow4次
√√ √× ×× / / × √√ ×× ×× ×× ×× ×
√× × / / / / √× / / / / /
× / / / / / × / / / / /
爆板位置记录：
爆板位置 样品 所 占 比 例 8％
边缘处基材处
有阻焊/浸泡1h；有阻焊/浸泡2h
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。
我司给MEIKO加工的PANEL PCB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？
对不良板烘烤后能正常使用未再出现爆板
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1h
25％
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 64％ 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4h
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
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。
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。
所有样品经Reflow 4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reflow 2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reflow 4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。
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？
样品分组
产品状态
产品型号
样品数量
阻焊层
成品
13860E04A1
12pcs
有
产Biblioteka Baidu状态 成品
产品型号 13860E04A1
样品数量 12pcs
阻焊层 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 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 √×
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？
PCB基板吸潮的影响因素
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