PCB基材白斑案例分析

一、 刖百：

白斑是发生在编织纤维增强型层压基板内的一种内在现象，基材内的纤 维纱束在交叉处的粘合发生分离。行业内通常认为白斑现象的主要成因 是能快速扩散到环氧玻璃中的湿气和元器件焊接时的温度共同作用的 结果。此外，还包括树脂的成分、层压方法、耦合剂、Tg等。 二、 不良板信息描述

PCB样品采用真空包装,并于(16~30)°C、( 30-70 ) %RH下存储了半年。 取

出样品进行波峰焊接后发现了白斑现象，位置均在波峰焊接孔周围的铜 皮开窗的基材部位，发生率为100%。失效样品外观和不良位置放大图如图 1所示：

共效PCB夕卜轉團一一CS面 失效PCB外规圉一 一SS面

不良位置1啟大图3 不良位置2議犬圉2

圉1失效祥品外规和不頁位盏敲决Bid保主中心

该失效样品为2层无铅喷锡刚性板，两面均为大铜皮设计。

三、失效位置确认

3.1失效位置水平切片分析

因失效样品CS面有电容器的阻挡，因此对失效位置的SS面进行了水平切 片研磨分析，如图2所示：

Ml水平切片整体圉a

位置1水平切片啟大圉

检置2水平切片整体圉a

位置2水平切片啟大图-2

位置2水平切片啟大图-2亠

图2不良检置水平切片点3釘沉a烘宓盹

由图2的水平切片可以看到，白斑主要集中在波峰焊接孔的两侧,与电容 器插件脚方向一致；此外，在该波峰焊接孔周围也存在一些较小的白斑， 而远离孔区域未发现白斑现象。由此说明,电容器插件的机械应力会加剧 白斑现象。

3.2其他位置水平切片分析

为了确认失效样品CS面是否也有类似的白斑现象，将失效样品的部分器件 进行了移除，移除器件之后的失效样品外观和不良位置放大图如下：

曙除器件后csii不良僵置敢大就险㈱件疳阴血不良便籃放大黏

囹3器件移除后不良位置ia火樹引砺验中心

移除器件后，发现失效样品在SS面的波峰焊接孔周围,白斑明显增多。而 在

CS面的波峰焊接孔周围也可见明显的白斑现象。说明退器件时的热应力 会加

剧白斑现象。

分别对失效样品边缘基材区域（无PTH孔区域）和密集孔区域进行水平切 片分析，如图4所示：

边壕基材区诫CS面口

辿缘基村区1或油面心 密集

密集孔区域・3Q 密集孔区域

H4矢敦样品边缘基材区域和密集耳盘域泵平筍再卸

M «XV»»XvV*X«Z•

由失效样品边缘基材区域（无PTH孔）的水平切片可以看到，该区域两面 均无白斑现象；由密集孔区域的水平切片可以看到,此处并未经过退器件 的高温，但是在波峰焊接孔和其他非波峰焊接孔周围均存在明显的白斑现 象。 由以上水平切片可知,白斑出现在PTH孔周围或者说是无铅喷锡孔周围， 并非仅集中在波峰焊接的插件孔周围。此外，电容器插件的机械应力和退

器件时的热应力均会加剧白斑的严重程度。

3.3白斑界面确认

为了确认失效样品是否存在分层，对退器件的区域制作垂直切片，如下图5 所示：

垂直切片整体图2 垂直切片诞大图2

5退器件区域的垂直切片曲乐耳尖訥心

由上图5可知，即使退器件的高温会加剧白斑现象，但未造成明显分层现 象。此外，由垂直切片可见,白斑出现在靠近阻焊层的基材，而基材内部 无玻纤与玻纤之间的分离现象。 四、原因分析

垂直切片整体图 垂直切片敝犬图X1

根据以上失效位置的确认，白斑出现在钻孔周围，且仅在基材外侧。且退 器件的高遍和电容器插件的波峰焊接均会加剧白斑的严重程度。通常认为 该板材的耐热性能异常，因此对该板材的耐热性进行了如下评估： 4.1分层爆板时间确认

采用TMA对失效样品在260°C和288°C的分层爆板时间进行测试，结果如 下图6所示：

失效样品的T-260在设定的测试时间(33.36min )内，未出现分层,即 T-260大于30min ; T-288时间为25.85min z大于15mino说明失效样 品的分层爆板时间满足相关标准要求。 4.2热膨胀系数确认

采用TMA对失效样品的固化度“Tg、热膨胀系数CTE和(50-260 ) °C热

膨胀百分比PTE进行测试,结果如图7 :

图7裝效样品的固化度和膨脸上瓷暦視霸進k

失效样品的固化度^Tg = 177.97°C-179.39oC = -1.42°C ;热膨胀系数g-CTE 为 48.33pm/(m-°C),小于 60pm/(m °C) , a2-CTE 为 226.1pm/(m °C), 小于

300pm/(m °C) , ( 50〜260 ) °C热膨胀百分比PTE为2.478% ,小于 3.0%。

均符合相关标准要求。 4.3热应力测试

取边缘基材区域进行热应力测试（288°C漂锡3次,每次维持时间10s）, 如下图：

餐应力测试前—CS面Q

心

遇应力测试前 ---- SS面

樊应力测试后 ---- CS面夕 馥应力测试后 ----- SS面

卩 Ss奘效样品惡应力测试前启訝比诙门莎自呵

通过对比失效样品热应力前和3次热应力后的外观图，可以发现，热应力 后未出现白斑和分层现象。说明失效样品的在288°C下热应力测试结果符 合相关标准。

4.4小结：

通过以上分层爆板时间、热膨胀性能和热应力测试，说明该失效样品的耐 热性符合相关标准要求。而结合白斑出现的位置来看,说明该板材是在钻 孔的机械应力、无铅喷锡的热应力和电容器插件焊接的机械应力的综合作 用下，产生了白斑现象。 五、结论：

失效PCB仅出现白斑而无分层现象,其是在钻孔的机械应力、无铅喷锡的 热应

力和电容器插件焊接的机械应力的综合作用下产生的。