摘要:爆板是HDI線路板一種最常見的品質可靠性缺陷，其成因復雜多樣，在電子產品的無鉛化焊接工藝中，隨著焊接溫度的提高和焊接時間的延長，在熱量增加的情況下，PCB爆板發生率劇增。本文通過理論和務實做法試從HDI線路板設計、材料選擇、加工過程等方面進行歸納總結，并提出簡單可行的解決方案。

    一、前言

    隨著歐盟RoHs法令的實施，組成電子產品的印制電路板、電子器件、組裝焊料等全面進入無鉛化時代，電子組裝工藝發生巨大變化。應用多年的63/37錫鉛焊料已被Sn-Ag-Cu、Sn-Cu-Ni等無鉛焊料替代，其熔點由183℃劇升到217℃以上，回流焊接溫度由220℃升高到250℃，且焊接時間延長20秒以上，焊接熱量的劇增給電路板、電子元器件等的耐熱性能提出了更高的要求，在焊接的過程中，爆板（Delamination）是電路板最常見的可靠性缺陷之一。本文通過理論分析和務實做法試從PCB設計、材料選擇、加工過程等方面對爆板進行歸納總結，以期找到簡單可行的解決方案與同行共勉。
    二、爆板的成因及解決方案

    造成HDI線路板焊接過程爆板的成因眾多復雜，我們從PCB設計、材料選擇、焊接曲線、加工過程（包括棕/黑化、壓板、烤板、鉆銑成型、阻焊退洗、及過程吸濕管理等）等四方面對其爆板現象、形成原因和解決方案進行歸納總結。

    （一）材料耐熱性能不足型爆板

    1.成因分析

    (1)上述兩個爆板案例主要發生在高層板結構中，爆板的位置相對比較固定。爆板的主要位置發生在BGA Pitch間距較小及BGA 密集區域位置。

    (2)無鉛焊接的Profile峰值溫度較傳統錫鉛焊接平均高出34℃（錫鉛焊料熔點為183℃，而無鉛焊料熔點最低為217℃），對材料的耐熱性提出更高要求。錫鉛焊料在Reflow 時的峰溫平均為225℃，波焊峰溫平均為250℃，而無鉛焊料的Reflow峰溫需提高到245℃，噴錫及波焊溫度需提高到270℃，且Reflow 的平均操作時間延長20s以上，焊接熱量的劇增，對PCB板的損傷加劇。

    (3)Z-CTE膨脹太大，在高溫焊接受條件下，Z軸膨脹過大導致爆板。

    2.解決方案

    為應對無鉛化對PCB板的耐熱性能的挑戰，IPC-4101B/99針對“無鉛FR-4”增加了四項新要求，要求Tg≥150℃（玻璃化轉變溫度）、Td≥325℃（熱裂解溫度）、Z-CTE≤3.5%（50—260℃）和T288≥5min。因此,建議在耐無鉛工藝的材料選擇時應優先選擇滿足上述要求的材料，同時在配方方面建議優先選擇有填料（Filler）和酚醛（PN）硬化的材料。

    （二）設計不良型爆板

    設計不良造成的爆板主要有三種類型：

    1．疊板結構不合適，內層板的銅厚和填膠量計算不正確。實踐證明，半固化片的膠含量應足夠，特別是低樹脂含量的7628PP，使用時更應詳加計算。我們的經驗是壓合后奶油層厚度應大于等于0.25mil；

    備注：奶油層厚度=（PP總厚度-填膠厚度-玻璃布厚度）/2

    2.內層板阻流塊設計不合適，常見的阻流塊設計有三種：銅條結構、“城墻”結構和圓形Pad設計（如下圖），設計時應根據實際情況試驗確定；

    3.孔設計和編號孔設計不良。板邊過多的工具孔設計（工具孔一般為3.2mm）在壓合時不能被充分填膠而導致空洞，后工序易藏藥水而導致爆板。另外，編號孔也存在同樣的影響。因此，建議在設備購買時應選用一致的對位系統，以減少板邊的Tooling孔數量。

    （三）加工過程控制不良型爆板

    1．棕黑化不良型爆板

    （1）成因分析

    棕化的反應機理是：2Cu+H2S04+H 202+nR1+nR2→CuSO4+2H20+Cu(R1+R2)

    在棕化槽內，由于H2O2的微蝕作用，使基體銅表面立即沉積上一層簿薄有機金屬膜。增加PP與銅面的結合力。此類分層的主要原因是棕化面的微觀粗糙度不良，壓合后測試結合力差而導致爆板。另一方面，棕化膜的耐熱性不足者，在多次壓合（如2+N+2結構HDI板）產品中常發生內層一次壓界面處分層。

    （2）改善建議

    良好的維護保養和穩定的藥水控制，是解決此類爆板的關鍵，應盡量避免藥水換槽時不徹底（常見的做法是排一部分保留一份）或不按時更換藥水。其次棕化水質的氯離子控制也很重要，過高的氯離子會嚴重影響棕化效果。另一方面在藥水供應商選擇時，需評估棕化的耐熱性能，取多次壓合的樣板進行測試評估。

    2．壓板不良型爆板

    壓板不良型爆板是負責壓板工程師最熟悉的一種類型，壓板工序造成爆板的原因很多。這里只對固化不足型缺陷進行分析。

    （1）原因分析

    壓合固化不良型爆板一般不容易被懷疑，壓合程式一旦設定好，就很少去更改了，但在最初程式設定時因為試驗條件的不同，評估好的程序有時卻出現問題。我們對失效的PCBA進行△Tg測試發現，當△Tg 值大于3℃時即存在較高的爆板風險。以下是失效PCBA的△Tg測試值：樣品測試條件Tg1 Tg2 △Tg參考值PCBA A態138.95 144.21 5.26 △Tg≥3℃

    （2）改善措施

    壓合是PCB制造的最重點工序之一，壓合過程的管理，定期的料溫測試和△Tg測試是必須的。或者適當延長壓板周期，確保板子充分固化。另外建議程式設定時采取高溫卸壓，釋放板子在高溫高壓固化時產生的內應力。

    3．鉆銑不良型爆板

    鉆銑不良型爆板常發生在密集孔區和板邊位置，其成因主要是鉆銑加工過程中的機械應力影響。實踐中解決這類問題的方法主要有：

    （1）在BGA等密集孔區，鉆孔時除參數應優化外，最好能夠采取跳鉆；

    （2）鉆孔后的烘板處理對預防爆板有一定的幫助；

    （3）發生在板邊的爆板一般與成型銑板有關，應控制銑刀的壽命和疊板塊數。

    （4）高TG、無鹵素在鉆大孔徑時出現的爆孔一定跟上下刀速、轉速有關！

    4.棕化耐高溫性差（壓機程式設定不良）導致的爆板在隨著材料的應用中，制程改善和耐高溫性要求材料的Tg不斷提高，固化時間的延長和固化點溫度的提高對棕化的耐高溫性提出了挑戰，普通的材料固化溫度要求在170℃左右，也就是說我們的實際壓板料溫必須保證在170℃以上保證20-30min，那么最高溫度也就一般控制在185℃以下，這時的棕化層顏色比較正常，棕化層完好無損，自然棕化層與半固化片的結合力也就達到理想的狀態。反之則棕化層顏色變紅、脫落，棕化層與半固化片的結合力破壞，導致分層！針對無鹵、HTG材料固化溫度的提高，以及固化時間的延長，要求實際壓板料溫必須保證在185℃以上保證60-90min，那么最高溫度也就會隨著時間的延長而增高，一般的棕化藥水耐高溫連接點在195-200℃之間，所以我們的壓板料溫在程式設定的時候就必須考慮最高溫度及壓板的時間，既要保證材料充分固化，又要保證棕化層在高溫下不被侵蝕。改善方案：定期測試料溫，根據天氣的變化，熱煤油的導熱性能而調節程式！

    5.烤板過度型爆板線路板生產過程中很多工序都涉及到烤板，一是為了加強固化，而是為了趕走水氣，一般的烤板溫度設定都較板材的Tg值高出5℃左右，時間則要根據實際情況而定，如果是加強固化，則長點；趕走水氣，則相應短點。如果溫度設定超出板材Tg值很多（20℃以上），則很容易導致板材炭化，棕化層變色。eg：普通tg的板件，本應用150℃烘烤4小時，如果設定170℃烘烤4小時，則一定會發生板材炭化型爆板；Htg板件，本應用175℃烘烤5小時，如果設定175℃烘烤8小時，則板材也會發生炭化，棕化層變色，導致分層。

    6.腐蝕型爆板線路板基材、半固化片等很多材料都是由“膠”組成的，那么使用強酸（CP濃硫酸）可以對膠跡進行去除！直接從表層 滲入里面進行除膠渣！使用強堿浸泡可以使基材松透，這就是平時我們在退洗阻焊時浸泡時間過長導致基材出現織紋顯露的原因！

    7．過程吸濕型爆板

    過程吸濕管理是PCB制造過程重點，這類爆板常發生于絕緣層中間，沒有明顯的缺點特征。為預防因吸濕造成的爆板，我們建議：

    （1）應選擇吸水率相對低的材料；

    （2）PP儲存車間與疊板車間要求有溫濕度控制管理，若PP在冷庫中儲存，使用前應做解凍（回溫）處理；

    （3）半成品過程存放時間不能太長，特別是內層生產過程中的尾數板管理（我們的試驗證明，在常溫沒有濕度控制的環境中，內層板存放7天再壓合，爆板的發生率就非常高）；

    （4）成品板的包裝不良也是PCB吸濕爆板的重要影響因素。
    三、結論

    通過以上分析可以得出以下結論：影響分層爆板主要原因與PCB設計、材料選擇、加工過程、焊接Profile 等有較大的影響。從實驗的結果來看，通過優化設計，選擇耐熱性能較好的板料，加強過程品質控制及優化焊接溫度，分層爆板可以得到有效的改善。

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