今天主要是關(guān)于：PCB分層、PCB分層起泡的原因和解決辦法、PCB分層修復(fù)

PCB分層相信工程師在打板的時(shí)候都會(huì)遇到吧，下面這個(gè)圖，就是最近有工程師反映，打完板后的樣子。看圖中箭頭的地方，很明顯的分層了。這篇文章就來講講分層。

PCB分層圖

一、PCB分層

PCB分層是PCB可能會(huì)發(fā)生的一種損壞，會(huì)導(dǎo)致基材層彼此分離。

• 起泡：一種表現(xiàn)為層壓基材的任何層與層之間，或基材與導(dǎo)電薄膜或保護(hù)性圖層之間的局部膨脹與分離的分層形式

• 分層：印制板內(nèi)基材的層間，基材與導(dǎo)電箔間或其它間的分離。

如果是外部的話，通常很容易看到，會(huì)有小的氣泡或者間隙。如下面這2個(gè)圖：

PCB分層

PCB分層和起泡圖

除了在外部發(fā)生PCB分層，內(nèi)部也會(huì)發(fā)生，當(dāng)內(nèi)部層發(fā)生分層時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致故障，如果不徹底檢查PCB分層，就很難查出來故障的原因。

下面為PCB內(nèi)短缺陷，發(fā)生在內(nèi)層圖轉(zhuǎn)至多層壓合這個(gè)過程。

PCB內(nèi)短缺陷

二、PCB分層起泡的原因

這里是來自于許琳老師的圖，來源于廠內(nèi)的失效案例總結(jié)，也收集了PCB板廠的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和業(yè)內(nèi)同行的分析數(shù)據(jù)。

PCB氣泡原因

下面這個(gè)也是同樣來自于許琳老師的圖，來源于組裝廠內(nèi)以及PCB板廠的失效品數(shù)據(jù)總結(jié)，對(duì)PCB分層起泡有一定的參考價(jià)值。

PCB分層氣泡原因分析

上面是總結(jié)，下面就是比較具體的分析，當(dāng)然都只是給一個(gè)參考。

1、PCB受潮

PCB 分層的最常見原因是濕度過大。濕度的存在會(huì)導(dǎo)致冷凝和結(jié)霜，從而導(dǎo)致 PCB 熱沖擊損壞。這種類型的損壞會(huì)隨著時(shí)間的推移或在電涌之后立即導(dǎo)致分層。

溫度

PCB 基層中的水分積聚是分層的最典型原因之一。水分會(huì)導(dǎo)致 CAF（導(dǎo)電陽極絲），其中水會(huì)進(jìn)入電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生微小的細(xì)絲。這些細(xì)絲可以橋接導(dǎo)體，導(dǎo)致短路。

當(dāng)溫度在后面的加工步驟中升高時(shí)，這些水分會(huì)變成蒸汽。例如，回流焊接過程發(fā)生在 200°C 以上的溫度下。這樣的熱量水平遠(yuǎn)高于水的沸騰溫度，并將水分轉(zhuǎn)化為蒸汽。

PCB加工過程

來自這種蒸汽的壓力會(huì)干擾固化和壓板，將某些部分撕裂。當(dāng)印刷電路板在使用中時(shí)，這些分離的部件或氣泡可能會(huì)在隨后的熱處理步驟或大的熱偏移期間立即或稍后出現(xiàn)。

2、熱應(yīng)力

PCB 容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，因?yàn)樗鼈兪鞘褂枚鄬鱼~和其他材料制造的，這些材料是用熱固化粘合劑粘合在一起的。

隨著溫度的變化，這種粘合劑在將電路板固定在一起時(shí)就會(huì)失效。電路板在寒冷時(shí)可能仍能正常工作，但隨著溫度升高，它會(huì)開始分離。

PCB分層圖

3、阻焊層失效

PCB通常采用雙面FR-4基板材料制成。基板的兩面都有一層薄薄的環(huán)氧樹脂。在一側(cè)涂上一層銅，然后覆蓋一層保護(hù)涂層，以防止在使用過程中氧化或腐蝕。

電路板一側(cè)的保護(hù)涂層稱為阻焊層，因?yàn)槠淠康氖欠乐购噶险车讲粦?yīng)焊接的銅區(qū)域。當(dāng)阻焊層因分層而暴露在外時(shí)，可能會(huì)為水或其他污染物提供進(jìn)入點(diǎn)，這些污染物會(huì)導(dǎo)致腐蝕并最終導(dǎo)致隨著時(shí)間的推移而失效。

PCB起泡

4、不良的制造過程

1）基材工藝處理問題

對(duì)一些比較薄的基板，剛性較差，不太適合使用刷板機(jī)刷板，會(huì)導(dǎo)致無法有效去除基板生產(chǎn)加工過程中為了防止板面銅箔氧化的保護(hù)層。很容易導(dǎo)致起泡，也會(huì)存在黑化棕化，顏色不均等問題。

下圖為銅箔上的分層起泡圖。

銅箔上的分層起泡圖

2） 板面在機(jī)加工(鉆孔，層壓，銑邊等)過程造成的油污或其他液體沾染灰塵污染表面處理不良的現(xiàn)象

3）沉銅刷板不良

沉銅前磨板壓力過大，造成孔口變形刷出孔口銅箔圓角甚至孔口漏基材，這樣在沉銅電鍍噴錫焊接等過程中就會(huì)造成孔口起泡現(xiàn)象。

4）水洗問題

因?yàn)槌零~電鍍處理要經(jīng)過大量的化學(xué)藥水處理，各類酸堿無極有機(jī)等藥品溶劑較多，板面水洗不凈，不僅會(huì)造成交叉污染，同時(shí)也會(huì)造成板面局部處理不良或處理效果不佳，不均勻的缺陷。

5）沉銅前處理中和圖形電鍍前處理中的微蝕

微蝕過度會(huì)造成孔口漏基材，造成孔口周圍起泡現(xiàn)象；微蝕不足也會(huì)造成結(jié)合力不足，引發(fā)起泡現(xiàn)象。

6）沉銅返工不良

一些沉銅或圖形轉(zhuǎn)後的返工板在返工過程中因?yàn)橥叔儾涣肌?/span>返工方法不對(duì)或返工過程中微蝕時(shí)間控制不當(dāng)?shù)然蚱渌蚨紩?huì)造成板面起泡。

7）板面在生產(chǎn)過程中發(fā)生氧化

如沉銅板在空氣中發(fā)生氧化，不僅可能會(huì)造成孔內(nèi)無銅，板面粗糙，也可能會(huì)造成板面起泡。沉銅板在酸液內(nèi)存放時(shí)間過長，板面也會(huì)發(fā)生氧化，且這種氧化膜很難除去。

PCB分層

5、劣質(zhì)的材料

當(dāng)你的PCB 質(zhì)量低下的時(shí)候，發(fā)生故障并開始分離的可能性更高。

PCB材料

6、錯(cuò)誤的 FR-4 Tg 材料類型

制造PCB 時(shí)使用正確類型的FR-4Tg材料非常重要。FR-4Tg材料是一種用于制造PCB 的環(huán)氧樹脂。

選擇使用錯(cuò)誤類型的FR-4Tg材料，可能會(huì)導(dǎo)致 PCB 過早分層和分崩離析。這可能會(huì)導(dǎo)致可靠性和便用壽命出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致你的制造成本更高。

三、怎么防止PCB分層？

1、制造工藝

回流焊曲線，建議溫度曲線設(shè)置在滿足規(guī)范，焊點(diǎn)質(zhì)量滿足品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的前期下，盡量縮短焊接時(shí)間及溫度，減少板材受熱。

2、選擇材料

基材的選擇要盡量選用合格的材料，多層板PP材料的質(zhì)量也是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

3、層壓工藝控制到位

層壓工藝控制到位，尤其是內(nèi)層銅箔較厚的多層板，更要注意。在熱沖擊下，多層板內(nèi)層發(fā)生PCB線路板脫層，導(dǎo)致整批次報(bào)廢。下面為壓合工藝不良的圖。

壓合工藝不良

壓合工藝不良

4、沉銅質(zhì)量

沉銅質(zhì)量，孔內(nèi)壁的銅層越致密，銅層越厚，PCB電路板的熱沖擊越強(qiáng)。兩種PCB電路板都具有高可靠性和低制造成本，電鍍過程控制的每一步都需要精細(xì)化控制。

5、組裝的PCB的來料

元器件的來料是非常重要的，尤其是元器件在存儲(chǔ)過程中，對(duì)于元器件供應(yīng)商來說，非常重要，如果沒有在適應(yīng)的條件下存儲(chǔ)，元器件很有可能就是會(huì)失效。在組裝的時(shí)候沒有發(fā)現(xiàn)，等組裝完成就很容易導(dǎo)致整個(gè)PCBA失效。

6、儲(chǔ)存干燥

當(dāng)PCB暴露在潮濕或者濕氣中的時(shí)候就會(huì)發(fā)生分層現(xiàn)象。如果要長時(shí)間存放PCB，就必須要讓PCB保持干燥，最好的方法是將PCB保存在封閉的容易，保證不會(huì)滲入水分。

PCB

PCB脫層的原因從根本上防止PCB電路板脫層，這是每一個(gè)優(yōu)秀的PCB廠家都應(yīng)該學(xué)習(xí)的。

四、PCB分層測(cè)試

有幾種類型的測(cè)試可以用于測(cè)量分層，最常見的是掃描聲學(xué)顯微鏡和熱機(jī)械分析，包括涂層中的氣泡，分層、斷裂或者其他異常。

1、掃描聲學(xué)顯微鏡

掃描聲學(xué)顯微鏡，是一種利用超聲波測(cè)量材料厚度的無損檢測(cè)方法，對(duì)于檢測(cè)分層特別有用。

即兩個(gè)粘合表面分開時(shí)，該測(cè)試使用激光掃描材料表面。激光可以創(chuàng)建樣品的形貌圖，可以確定是否存在任何裂縫或者其他缺陷，也是檢測(cè)復(fù)合材料分層的最常用的方法之一。

掃描聲學(xué)顯微鏡

2、熱機(jī)械分析

該測(cè)試測(cè)量破壞樣品所需的能量。熱機(jī)械分析儀對(duì)樣品施加壓力，然后測(cè)量破壞樣品所需的力。

如果不存在分層，則該測(cè)試不應(yīng)顯示斷裂力或能量的任何變化。它用于確定材料的機(jī)械性能，包括其彈性和強(qiáng)度。它通常用于測(cè)量材料的分層，可用于確定粘劑、涂料和其他產(chǎn)品的質(zhì)量。

3、壓力測(cè)試參數(shù)-浮焊測(cè)試

PCB 分層的壓力測(cè)試參數(shù)：是一項(xiàng)加速壽命測(cè)試，模擬焊點(diǎn)經(jīng)受熱循環(huán)的影響。焊點(diǎn)承受的熱循環(huán)次數(shù)是正常應(yīng)用中的六倍。該測(cè)試在 288°C下進(jìn)行，高于大多數(shù)電子元件的典型工作溫度。

壓力測(cè)試參數(shù)-浮焊測(cè)試

4、回流焊模擬N次通過

一種常見的測(cè)試方法是通過多次加熱和冷卻PCB來模擬高溫回流焊過程。在此測(cè)試中，每次加熱和冷卻 PCB 時(shí)，都稱為“N 次通過”。你看不到分層的遍數(shù)是你允許的最大 N遍數(shù)。

5、互連壓力測(cè)試

如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試，共模就會(huì)在整個(gè)電路板上自由漫游，通常會(huì)破壞走線和焊盤的完整性或?qū)е陆咏收稀?strong style="border-width:0px;">通過執(zhí)行互連壓力測(cè)試，工程師可以拉出共模，從而減少這些問題。

通過在制造前識(shí)別印刷電路板是否存在風(fēng)險(xiǎn)，可以執(zhí)行此簡單測(cè)試以節(jié)省數(shù)百萬美元的生產(chǎn)成本。模擬組件在其使用壽命期間將經(jīng)受的熱循環(huán)條件的測(cè)試。該測(cè)試通過對(duì) PCB 施加靜態(tài)力(6X@230°C)來執(zhí)行。施加靜態(tài)力 10 秒，然后釋放30秒。該循環(huán)重復(fù)一分鐘。測(cè)試持續(xù)時(shí)間保持在分鐘，以確保所有材料特性都在相同條件下進(jìn)行測(cè)試。

互連壓力測(cè)試

五、PCB分層起泡的解決方法

下面為PCB分層起泡失效分析流程，來源于許琳老師的圖。

下面為如果遇到PCB分層該怎么修復(fù)？（下面的方式僅供參考，建議還是讓PCB廠商去處理，專業(yè)的事情交給專業(yè)的人來做）

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

2、步驟

• 使用濕巾清潔水泡表面

• 使用球磨機(jī)和微型鉆頭在分層泡罩中至少鉆兩個(gè)孔。孔應(yīng)彼此相對(duì)，并圍繞水泡的周邊。此外，它們應(yīng)該沒有任何組件或電路。鉆孔后刷掉松散的材料。

用于鉆 PCB 的微型電鉆

• 注意：不要鉆得太深以暴露內(nèi)部平面或電路。請(qǐng)記住，研磨操作會(huì)產(chǎn)生靜電荷。

• 在烤箱中烘烤電路板以消除任何水分。在注入環(huán)氧樹脂之前不要讓它冷卻，因?yàn)樗挚赡軙?huì)凝結(jié)并再次被困在里面。

• 注意：某些電子元件對(duì)高溫敏感。溫度不要太高。

• 將環(huán)氧樹脂倒入墨盒中，然后將其注入其中一個(gè)鉆孔中。PCB 中的熱量應(yīng)有助于分散環(huán)氧樹脂，將其吸入空隙區(qū)域以填充空間。

藍(lán)色環(huán)氧樹脂瓶

• 如果泡罩沒有被填滿，請(qǐng)?jiān)诎迳陷p壓。從填充孔開始，慢慢進(jìn)入排氣孔?；蛘?，您可以對(duì)排氣孔抽真空以拉出環(huán)氧樹脂并填充空隙。

• 在室溫下固化環(huán)氧樹脂 24 小時(shí)或在 74°C (165°F) 下固化一小時(shí)。

• 使用刮刀或小刀刮掉多余的環(huán)氧樹脂。如果需要密封報(bào)廢區(qū)域，涂上一層薄薄的涂層。

3、檢查

干燥后，目視檢查顏色和質(zhì)地。此外，對(duì)維修區(qū)域周圍的導(dǎo)體進(jìn)行電氣測(cè)試，看看是否一切正常。

雖然說有辦法修復(fù)PCB分層起泡，但是最好將這個(gè)扼殺在搖籃里，提前預(yù)防，可以減少時(shí)間和成本。

以上就是關(guān)于PCB分層的相關(guān)知識(shí)。

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