高湿高温双重夹击 | PCBA爆板分层失效分析

PCBA在加工或使用过程中出现的分层或起泡现象，这是一种严重的不良现象，可能导致整个电路板失效。PCBA爆板可能涉及多个因素，包括材料、设计、制程和环境等方面。

本文以PCBA爆板分层失效为例，通过剥离分析、热应力测试等方法，分析其失效原因与机理，并提出预防对策。

测试分析

1 外观检查

进行外观检查，结果如图1所示，PCBA上下表面未发现异常现象，但侧面发现严重分层现象，分层主要分布于两导线焊点位置，其他位置未发现明显分层现象。

图1. NG1外观照片

2 分层界面确认

对分层位置放大观察，发现分层界面位于表层PP树脂内，如图2所示：

导致树脂内界面分层的因素有以下几点：①分层界面存在污染；②PCB受潮；③PCB耐热性能不足；④树脂固化不完全；⑤局部受热过量。

图2. 分层位置观察照片

3 剥离分析

对NG1分层位置剥离后，并对分离后界面进行观察分析，结果如图3及表1所示：

分离界面主要含有C、O、Al、Si及微量的Ca、Mg元素，未发现异常元素存在，排除污染对分层爆板的影响。

图3. NG1剥离后SEM图片

表1. NG1剥离后成分测试结果（wt.%）

4 吸水率测试

为确认NG1爆板是否与PCB受潮有关，对PCB光板及覆箔板吸水率进行测试，确认其是否符合要求，结果如下：

PCB光板吸水率测试：

参考IPC-TM-650-2018 2.6.2.1A覆箔板的吸水率测试方法的要求进行制样和测试后。如表2所示，PCB光板吸水率实验室实测结果为0.24%。

实验室测试PCB吸水率低于回收时收到的板材吸水率标准值。

表2. PCB光板吸水率实验室实测结果（单位：g）

覆箔板吸水率测试：

参考标准IPC-TM-650-2018 2.6.2.1A 覆箔板的吸水率测试方法，对3块覆箔板进行吸水率测试，如表3所示：覆箔板吸水率实验室实际测试结果为0.21%，也小于回收时收到的板材吸水率标准值。

表3. 覆箔板吸水率实验室实测结果（单位：g）

5 热应力测试

为确认PCB光板的耐热冲击能力是否符合要求，参考IPC-TM-650-2018 2.4.13.1 层压板热应力测试方法，分别按三种条件对PCB光板进行热应力测试，结果如下：

如图4—6所示，常温放置24h PCB光板及吸潮后PCB光板，漂锡三次后都发现分层现象，分层位于表层PP树脂内，与NG1分层位置一致。烘烤后PCB光板，漂锡三次后未发现明显分层现象。

综上可知，该PCB爆板分层与PCB光板受潮直接相关。

图4. PCB烘烤并漂锡三次后切片照片

图5. PCB吸湿并漂锡三次后切片照片

图6. PCB常温放置24h并漂锡三次后切片照片

6 炉温曲线分析

如图7所示，由profile曲线可知，预热时间（150℃-180℃）最大为94.50s，回流时间（＞220℃）最大为55.00s，峰值温度最高为248.5℃，参考标准IPC/JEDEC J-STD-020E-2015非气密固态表面贴装器件的潮湿/再流焊敏感度分类中对回流焊温度要求，炉温设置正常，未表现出热输入过量特征。

图7. Profile曲线

结论

PCBA爆板分层的原因为PCB光板受潮后，导致PCB光板耐热性能不足，当遇到回流高温时出现爆板分层不良。

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