常见PCB爆板的成因与解决方案

1、摘 要：爆板是PCB 一种最常见的品质可靠性缺陷，其成因复杂多样，在电子产品的 无铅化焊接工艺中，随着焊接温度的提高和焊接时间的延长，在热量增加的情况下，PCB爆 板发生率剧增。本文通过理论和务实做法试从PCB设计、材料选择、加工过程等方面进行归 纳总结，并提出简单可行的解决方案。关键词：爆板无铅焊接一、前言随着欧盟RoHs法令的实施，组成电子产品的印制电路板、电子器件、组装焊料等全面 进入无铅化时代，电子组装工艺发生巨大变化。应用多年的63/37锡铅焊料已被Sn-Ag-Cu、 Sn-Cu-Ni等无铅焊料替代，其熔点由183C剧升到217C以上，回流焊接温度由220C升高 到250C，且焊接时

2、间延长20秒以上，焊接热量的剧增给电路板、电子元器件等的耐热性能 提出了更高的要求，在焊接的过程中，爆板(Delamination )是电路板最常见的可靠性缺陷 之一。本文通过理论分析和务实做法试从PCB设计、材料选择、加工过程等方面对爆板进行 归纳总结，以期找到简单可行的解决方案与同行共勉。二、爆板的成因及解决方案造成PCB焊接过程爆板的成因众多复杂，我们从PCB设计、材料选择、焊接曲线、加工 过程(包括棕/黑化、压板、钻铣成型及过程吸湿管理等)等四方面对其爆板现象、形成原因 和解决方案进行归纳总结。材料耐热性能不足型爆板典型爆板切片图成因分析上述两个爆板案例主要发生在高层板结构中，爆板的位

3、置相对比较固定。爆板的主 要位置发生在BGAPitch间距较小及BGA密集区域位置。无铅焊接的Profile峰值温度较传统锡铅焊接平均高出34C(锡铅焊料熔点为 183C，而无铅焊料熔点最低为217C)，对材料的耐热性提出更高要求。锡铅焊料在Reflow时 的峰温平均为225C，波焊峰温平均为250C，而无铅焊料的Reflow峰温需提高到245C， 喷锡及波焊温度需提高到270C，且Reflow的平均操作时间延长20s以上，焊接热量的剧 增，对PCB板的损伤加剧。Z-CTE膨胀太大，在高温焊接受条件下，Z轴膨胀过大导致爆板。为应对无铅化对PCB板的耐热性能的挑战，IPC-4101B/99针对“

4、无铅FR-4”增加了四 项新要求，要求Tg3150C （玻璃化转变温度）、Td3325C （热裂解温度）、Z-CTEW3.5% （50 -260D 和T28835min。因此，建议在耐无铅工艺的材料选择时应优先选择满足上述要求的 材料，同时在配方方面建议优先选择有填料（Filler）和酚醛（PN）硬化的材料。（二）设计不良型爆板设计不良造成的爆板主要有三种类型：叠板结构不合适，内层板的铜厚和填胶量计算不正确。实践证明，半固化片的胶含量 应足够，特别是低树脂含量的7628PP，使用时更应详加计算。我们的经验是压合后奶油层厚 度应大于等于0.25mil；备注：奶油层厚度=（PP总厚度-填胶厚度-玻

5、璃布厚度）/2内层板阻流块设计不合适，常见的阻流块设计有三种：铜条结构、“城墙”结构和圆形 Pad设计（如下图），设计时应根据实际情况试验确定；孔设计和编号孔设计不良。板边过多的工具孔设计（工具孔一般为3.2mm）在压合时 不能被充分填胶而导致空洞，后工序易藏药水而导致爆板。另外，编号孔也存在同样的影响。 因此，建议在设备购买时应选用一致的对位系统，以减少板边的Tooling孔数量。（三）加工过程控制不良型爆板棕黑化不良型爆板（1）常见缺点照片（2）成因分析棕化的反应机理是：2Cu+H2S04+H 202+nR1+nR2fCuSO4+2H20+Cu（R1+R2）在棕化槽内，由于H2O2的微蚀作

6、用，使基体铜表面立即沉积上一层簿薄有机金属膜。 增加PP与铜面的结合力。此类分层的主要原因是棕化面的微观粗糙度不良，压合后测试结 合力差而导致爆板。另一方面，棕化膜的耐热性不足者，在多次压合（如2+N+2结构HDI板） 产品中常发生内层一次压界面处分层。改善建议良好的维护保养和稳定的药水控制，是解决此类爆板的关键，应尽量避免药水换槽时不 彻底(常见的做法是排一部分保留一份)或不按时更换药水。其次棕化水质的氯离子控制也 很重要，过高的氯离子会严重影响棕化效果。另一方面在药水供应商选择时，需评估棕化的 耐热性能，取多次压合的样板进行测试评估。压板不良型爆板压板不良型爆板是负责压板工程师最熟悉的一种

7、类型，压板工序造成爆板的原因很多。 这里只对固化不足型缺陷进行分析。常见缺陷图片原因分析压合固化不良型爆板一般不容易被怀疑，压合程式一旦设定好，就很少去更改了，但在 最初程式设定时因为试验条件的不同，评估好的程序有时却出现问题。我们对失效的PCBA进 行Tg测试发现，当Tg值大于3C时即存在较高的爆板风险。以下是失效PCBA的Tg测 试值：样品测试条件Tg1 Tg2 ATg参考值PCBA A 态 138.95 144.21 5.26 ATg33C改善措施压合是PCB制造的最重点工序之一，压合过程的管理，定期的料温测试和ATg测试是 必须的。或者适当延长压板周期，确保板子充分固化。另外建议程式设

8、定时采取高温卸压， 释放板子在高温高压固化时产生的内应力。钻铣不良型爆板钻铣不良型爆板常发生在密集孔区和板边位置，其成因主要是钻铣加工过程中的机械应 力影响。实践中解决这类问题的方法主要有：在BGA等密集孔区，钻孔时除参数应优化外，最好能够采取跳钻；钻孔后的烘板处理对预防爆板有一定的帮助；发生在板边的爆板一般与成型铣板有关，应控制铣刀的寿命和叠板块数。过程吸湿型爆板过程吸湿管理是PCB制造过程重点，这类爆板常发生于绝缘层中间，没有明显的缺点特 征。为预防因吸湿造成的爆板，我们建议：（1）应选择吸水率相对低的材料；（2）PP储存车间与叠板车间要求有温湿度控制管理，若PP在冷库中储存，使用前应 做解冻（回温）处理；（3）半成品过程存放时间不能太长，特别是内层生产过程中的尾数板管理（我们的试 验证明，在常温没有湿度控制的环境中，内层板存放7天再压合，爆板的发生率就非常高）；（4）成品板的包装不良也是PCB吸湿爆