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。

一、PCB分層

PCB分層是PCB可能會發(fā)生的一種損壞，會導(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)部也會發(fā)生，當(dāng)內(nèi)部層發(fā)生分層時(shí)，可能會導(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。水分會導(dǎo)致 CAF（導(dǎo)電陽極絲），其中水會進(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。

來自這種蒸汽的壓力會干擾固化和壓板，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)，可能會為水或其他污染物提供進(jìn)入點(diǎn)，這些污染物會導(dǎo)致腐蝕并最終導(dǎo)致隨著時(shí)間的推移而失效。

4、不良的制造過程

1）基材工藝處理問題

對一些比較薄的基板，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，不僅會造成交叉污染，同時(shí)也會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

微蝕過度會造成孔口漏基材，造成孔口周圍起泡現(xiàn)象；微蝕不足也會造成結(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?strong>返工方法不對或返工過程中微蝕時(shí)間控制不當(dāng)?shù)然蚱渌蚨紩斐砂迕嫫鹋荨?/strong>

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

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。

6、錯誤的 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。

選擇使用錯誤類型的FR-4Tg材料，可能會導(dǎo)致 PCB 過早分層和分崩離析。這可能會導(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過程中，對于元器件供應(yīng)商來說，非常重要，如果沒有在適應(yīng)的條件下存儲，元器件很有可能就是會失效。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、儲存干燥

當(dāng)PCB暴露在潮濕或者濕氣中的時(shí)候就會發(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，保證不會滲入水分。

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分層測試

有幾種類型的測試可以用于測量分層，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量材料厚度的無損檢測方法，對于檢測分層特別有用。

即兩個(gè)粘合表面分開時(shí)，該測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

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

如果不存在分層，則該測試不應(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、壓力測試參數(shù)-浮焊測試

PCB 分層的壓力測試參數(shù)：是一項(xiàng)加速壽命測試，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。

4、回流焊模擬N次通過

一種常見的測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、互連壓力測試

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

通過在制造前識別印刷電路板是否存在風(fēng)險(xiǎn)，可以執(zhí)行此簡單測試以節(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)條件的測試。該測試通過對 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，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。

注意：不要鉆得太深以暴露內(nèi)部平面或電路。請記住，研磨操作會產(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Y(jié)并再次被困在里面。

注意：某些電子元件對高溫敏感。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。

如果泡罩沒有被填滿，請?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，對維修區(qū)域周圍的導(dǎo)體進(jìn)行電氣測試，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。

編輯：黃飛

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