PCB分層全解析,捷配PCB告訴你如何解決?
在 PCB 打板過程中,工程師們常常會(huì)遭遇 PCB 分層這一棘手問題,捷配PCB曾收到工程師所反映的,板子出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象,是什么成因?該如何解決呢?
一、PCB為什么會(huì)分層?
PCB 分層屬于一種 PCB 損壞狀況,會(huì)致使基材層相互分離。分層是指印制板內(nèi)基材層間、基材與導(dǎo)電箔間或其他部位的分離。若發(fā)生在外部,通常肉眼可見,會(huì)呈現(xiàn)出小氣泡或間隙;而內(nèi)部發(fā)生分層時(shí),可能引發(fā)故障,且若不仔細(xì)檢查,很難找出故障根源,如 PCB 內(nèi)短缺陷就可能在內(nèi)層圖轉(zhuǎn)至多層壓合過程中產(chǎn)生。
二、PCB 分層起泡的誘因探究
1. 濕度因素:PCB 分層最常見的原因是濕度過高。濕度會(huì)引發(fā)冷凝與結(jié)霜,進(jìn)而導(dǎo)致 PCB 熱沖擊損壞,隨著時(shí)間推移或電涌后,便可能出現(xiàn)分層。PCB 基層中的水分積聚也是典型原因之一。
2. 熱應(yīng)力影響:PCB 由多層銅和其他材料用熱固化粘合劑粘合而成,溫度變化時(shí),粘合劑可能失效。低溫時(shí)板子或許正常工作,溫度升高則可能開始分離。
3. 阻焊層問題:PCB 常用雙面 FR - 4 基板材料,基板兩面有環(huán)氧樹脂層,一側(cè)銅層上有保護(hù)涂層即阻焊層,目的是防止焊料粘到不應(yīng)焊接區(qū)域。
4. 不良制造工藝:
● 基材工藝處理不當(dāng):薄基板剛性差,用刷板機(jī)刷板可能無法去除保護(hù)層,易引發(fā)起泡、黑化棕化顏色不均等問題。
● 機(jī)加工污染:板面在鉆孔、層壓、銑邊等機(jī)加工過程受油污、液體沾染灰塵或表面處理不良。
● 沉銅刷板異常:沉銅前磨板壓力大,造成孔口變形、銅箔圓角甚至孔口漏基材,在后續(xù)沉銅電鍍噴錫焊接等過程中導(dǎo)致孔口起泡。
● 水洗不佳:沉銅電鍍處理需大量化學(xué)藥水,板面水洗不凈會(huì)造成交叉污染、局部處理不良或效果不佳、不均勻缺陷。
● 微蝕偏差:沉銅前處理中和圖形電鍍前處理中的微蝕過度會(huì)造成孔口漏基材、周圍起泡;微蝕不足則結(jié)合力不足引發(fā)起泡。
● 沉銅返工缺陷:沉銅或圖形轉(zhuǎn)后的返工板,因褪鍍不良、返工方法不對(duì)或微蝕時(shí)間控制不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致板面起泡。
● 板面氧化:沉銅板在空氣或酸液中氧化,可能造成孔內(nèi)無銅、板面粗糙、起泡,且氧化膜難除。
5. 劣質(zhì)材料:PCB 質(zhì)量低下時(shí),更易發(fā)生故障與分離。
6. 錯(cuò)誤的 FR - 4 Tg 材料類型:制造 PCB 時(shí)選錯(cuò) FR - 4Tg 材料,會(huì)致 PCB 過早分層瓦解,影響可靠性與使用壽命,增加制造成本。
三、PCB 分層如何預(yù)防?
1. 優(yōu)化制造工藝:回流焊曲線設(shè)置在滿足規(guī)范與焊點(diǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)前提下,盡量縮短焊接時(shí)間與溫度,減少板材受熱。
2. 精選材料:基材選用合格材料,多層板 PP 材料質(zhì)量是關(guān)鍵參數(shù)。
3. 嚴(yán)控層壓工藝:尤其內(nèi)層銅箔厚的多層板,注意層壓工藝,避免熱沖擊下內(nèi)層脫層報(bào)廢。
4. 保障沉銅質(zhì)量:孔內(nèi)壁銅層越致密、越厚,PCB 電路板熱沖擊越強(qiáng),電鍍過程精細(xì)控制以實(shí)現(xiàn)高可靠性與低成本。
5. 把關(guān)組裝來料:元器件來料至關(guān)重要,供應(yīng)商存儲(chǔ)條件不當(dāng)可能使元器件失效,組裝時(shí)若未察覺,完成后易致整個(gè) PCBA 失效。
6. 妥善儲(chǔ)存干燥:PCB 受潮易分層,長時(shí)間存放需保持干燥,如置于封閉容器防水分滲入。
四、PCB 分層的檢測(cè)手段
1. 掃描聲學(xué)顯微鏡:利用超聲波測(cè)量材料厚度的無損檢測(cè)法,通過激光掃描材料表面創(chuàng)建形貌圖,檢測(cè)裂縫或其他缺陷,是檢測(cè)復(fù)合材料分層常用方法。
2. 熱機(jī)械分析:測(cè)量破壞樣品所需能量,對(duì)樣品施壓后測(cè)量破壞力,無分層時(shí)測(cè)試不應(yīng)顯示力或能量變化,用于確定材料機(jī)械性能,包括彈性與強(qiáng)度,可測(cè)材料分層以判斷粘劑、涂料等質(zhì)量。
3. 壓力測(cè)試參數(shù) - 浮焊測(cè)試:加速壽命測(cè)試,模擬焊點(diǎn)熱循環(huán)影響,在 288°C 進(jìn)行,高于多數(shù)電子元件工作溫度,焊點(diǎn)熱循環(huán)次數(shù)為正常應(yīng)用六倍。
4. 回流焊模擬 N 次通過:多次加熱冷卻 PCB 模擬高溫回流焊過程,每次加熱冷卻稱為 “N 次通過”,以看不到分層的最大遍數(shù)為測(cè)試指標(biāo)。
5. 互連壓力測(cè)試:執(zhí)行此測(cè)試可拉出共模,減少其對(duì)走線和焊盤完整性破壞或故障發(fā)生。通過模擬組件使用壽命熱循環(huán)條件,對(duì) PCB 施加靜態(tài)力(6X@230°C),循環(huán)測(cè)試。
五、PCB 分層起泡的修復(fù)方案
1. 準(zhǔn)備材料:磨料、球磨機(jī)、切削工具、電路粘接環(huán)氧樹脂、顯微鏡、微鉆系統(tǒng)、攪拌鎬、注射器、烤箱、濕巾等。
2. 修復(fù)步驟:
● 用濕巾清潔水泡表面。
● 用球磨機(jī)和微型鉆頭在分層泡罩鉆至少兩個(gè)孔,孔相對(duì)且在周邊,避開組件與電路,鉆孔后清理松散材料,注意深度。
● 烤箱烘烤除水分,趁熱注入環(huán)氧樹脂,利用板熱分散樹脂填充空隙,可輕壓或抽真空輔助填充。
● 室溫固化 24 小時(shí)或 74°C 固化一小時(shí)。
● 用刮刀或小刀去除多余環(huán)氧樹脂,必要時(shí)密封報(bào)廢區(qū)域。
3. 檢查驗(yàn)收:干燥后目視檢查顏色質(zhì)地,對(duì)維修區(qū)域?qū)w進(jìn)行電氣測(cè)試。
盡管有修復(fù)方法,但預(yù)防才是關(guān)鍵,可減少時(shí)間與成本損耗。
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