PCB爆板失效分析
2014-10-24 浏览量：3583
1. 案例背景
客户反映样品使用一段时间后出现了LED灯发光异常，怀疑板材漏电引起。
2. 分析方法简述
A．经外观检查，NG样品外观未见异常，焊点焊接良好，板面未见明显助焊剂残留及腐蚀变色痕迹；PCB光板外观未见破损、腐蚀、变色等异常现象；对基板进行热应力冲击试验后（260℃模拟焊接），其外观未见明显变色等异常。
B．将NG的PCBA板，PCB光板和基板分别制成切片分析，通过SEM观察剖面结构，发现可见NG样品LED灯不良区域板材存在明显的爆板分层现象，PCB光板内部存在裂纹，基板内部空洞也较多。
C. 对NG的PCBA板和基板进行Tg，T260测试，并对NG的PCBA板进行Z-CTE和TGA测试。检测结果表明：（1）NG样品板材和基板的玻璃态转化温度Tg值均偏低，不符合标准要求。（2）NG样品板材的T260值为8.55 min ，基板样品的T260值为17.35min，根据IPC-4101C中对该类型板材的要求（T260最小30min，T288最小5min）可知，该板材的T260不满足标准要求。（3）对NG样品进行Z-CTE测试可知该板材Tg前CTE为64.81ppm/℃，Tg后CTE值为319.5 ppm/℃，根据标准IPC-4101在Tg前CTE为60ppm/℃，Tg后CTE值为300 ppm/℃，即该批板材Z-CTE值不符合技术规范要求。（4）NG样品热裂解温度测试发现，该板材的热裂解温度为323.14ºC，符合IPC-4101 的标准。
3. 分析与讨论
1)经外观检查，NG样品外观未见异常，焊点焊接良好，板面未见明显助焊剂残留及腐蚀变色痕迹；PCB光板外观未见破损、腐蚀、变色等异常现象；对基板进行热应力冲击试验后（260℃模拟焊接），其外观未见明显变色等异常。
2)将NG的PCBA板，PCB光板和基板分别制成切片分析，可见NG样品LED灯不良区域板材存在明显的爆板分层现象，PCB光板内部存在裂纹，基板内部空洞也较多，失效原因为PCB板出现问题。
3)热性能分析：
A．对NG样品进行玻璃化转变温度与固化因子测试发现该板材第一次升温Tg值为103.54℃，第二次升温Tg值为117.74℃，固化因子为14.2℃，而客供参考值为Tg≥125℃，即该板材Tg值偏低不符合技术规范要求。
对基板进行玻璃化转变温度与固化因子测试发现该板材第一次升温Tg值为122.56℃，第二次升温Tg值为125.34℃，固化因子为2.78℃，而客供参考值为Tg≥125℃，即该板材Tg稍有偏低，仅在去除热历史后其Tg基本符合技术规范要求。
因玻璃化转变前后Z-CTE变化较大，因此高的Tg值会提高板材的耐热性。
B．对NG样品进行Z-CTE测试可知该板材Tg前CTE为64.81ppm/℃，Tg后CTE值为319.5 ppm/℃，根据标准IPC-4101在Tg前CTE为60ppm/℃，Tg后CTE值为300 ppm/℃，即该批板材Z-CTE值不符合技术规范要求。大的Z-CTE会造成基材树脂与铜箔间膨胀系数的不匹配。在回流焊过程中导致膨胀尺寸变化速度不一致将会引起较大的纵向应力导致爆板发生。导致产品在使用过程中出现功能异常问题。
C. NG样品热裂解温度测试发现：该板材的热裂解温度为323.14℃，符合IPC-4101 的标准。
D．NG样品板材的T260值为8.55 min，基板样品的T260值为17.35 min，根据IPC-4101C中对该类型板材的要求（T260最小30min，T288最小5min）可知，该板材的T260不满足标准要求。板材在使用的过程中，耐热性能差，容易引起爆板分层的现象发生。
4. 结论
综合以上测试及分析可知，导致样品出现漏电失效的原因应为PCB板本身材料问题引起，建议使用方在来料验收时应特别注意其板材的以下性能参数：玻璃态转化温度Tg、线膨胀系数Z-CTE、耐热烈温度T260。
5. 参考标准
IPC-TM-650 2.1.1 手动微切片法
IPC-TM-650 2.4.25 差分扫描热量测定玻璃态温度和固化因素（DSC法）
IPC-TM-650 2.4.24.1 分层（裂解）时间（TMA法）
IPC-TM-650 2.4.13.1 层压板热应力
IPC-6012C-2010刚性印刷板的资格认证和性能
IPC-4101C-2009刚性及多层印制板用基材规范
IPC-TM-650 2. 4.24 玻璃化温度和Z轴热膨胀（TMA法）
JY/T 010-1996分析型扫描电子显微镜方法通则
GB/T 16594-2008微米级长度的扫描电镜测量方法通则
GB/T 17359-2012微束分析 能谱法定量分析
IPC-TM-650 2.4.24.6 Decomposition Temperature (Td) of Laminate Material Using TGA。
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