一例PCB白斑成因分析

白斑是發生在編織纖維增強型層壓基板內的一種內在現象，基材內的纖維紗束在交叉處的粘合發生分離。行業內通常認為白斑現象的主要成因是能快速擴散到環氧玻璃中的溼氣和元器件焊接時的溫度共同作用的結果。此外，還包括樹脂的成分、層壓方法、耦合劑、Tg等。

下面分享一例PCB白斑成因分析。

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不良板資訊描述

PCB樣品採用真空包裝，並於（16~30）℃、（30~70）%RH下儲存了半年。取出樣品進行波峰焊接後發現了白斑現象，位置均在波峰焊接孔周圍的銅皮開窗的基材部位，發生率為100%。失效樣品外觀和不良位置放大圖如圖1所示：

該失效樣品為2層無鉛噴錫剛性板，兩面均為大銅皮設計。

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失效位置確認

2.1失效位置水平切片分析

因失效樣品CS面有電容器的阻擋，因此對失效位置的SS面進行了水平切片研磨分析，如圖2所示：

由圖2的水平切片可以看到，白斑主要集中在波峰焊接孔的兩側，與電容器外掛腳方向一致；此外，在該波峰焊接孔周圍也存在一些較小的白斑，而遠離孔區域未發現白斑現象。由此說明，電容器外掛的機械應力會加劇白斑現象。

2.2其他位置水平切片分析

為了確認失效樣品CS面是否也有類似的白斑現象，將失效樣品的部分器件進行了移除，移除器件之後的失效樣品外觀和不良位置放大圖如下：

移除器件後，發現失效樣品在SS面的波峰焊接孔周圍，白斑明顯增多。而在CS面的波峰焊接孔周圍也可見明顯的白斑現象。說明退器件時的熱應力會加劇白斑現象。

分別對失效樣品邊緣基材區域（無PTH孔區域）和密集孔區域進行水平切片分析，如圖4所示：

由失效樣品邊緣基材區域（無PTH孔）的水平切片可以看到，該區域兩面均無白斑現象；由密集孔區域的水平切片可以看到，此處並未經過退器件的高溫，但是在波峰焊接孔和其他非波峰焊接孔周圍均存在明顯的白斑現象。

由以上水平切片可知，白斑出現在PTH孔周圍或者說是無鉛噴錫孔周圍，並非僅集中在波峰焊接的外掛孔周圍。此外，電容器外掛的機械應力和退器件時的熱應力均會加劇白斑的嚴重程度。

2.3白斑介面確認

為了確認失效樣品是否存在分層，對退器件的區域製作垂直切片，如下圖5所示：

由上圖5可知，即使退器件的高溫會加劇白斑現象，但未造成明顯分層現象。此外，由垂直切片可見，白斑出現在靠近阻焊層的基材，而基材內部無玻纖與玻纖之間的分離現象。

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原因分析

根據以上失效位置的確認，白斑出現在鑽孔周圍，且僅在基材外側。且退器件的高溫和電容器外掛的波峰焊接均會加劇白斑的嚴重程度。通常認為該板材的耐熱效能異常，因此對該板材的耐熱性進行了如下評估：

3.1分層爆板時間確認

採用TMA對失效樣品在260℃和288℃的分層爆板時間進行測試，結果如下圖6所示：

失效樣品的T-260在設定的測試時間（33。36min）內，未出現分層，即T-260大於30min；T-288時間為25。85min，大於15min。說明失效樣品的分層爆板時間滿足相關標準要求。

3.2熱膨脹係數確認

採用TMA對失效樣品的固化度△Tg、熱膨脹係數CTE和（50~260）℃熱膨脹百分比PTE進行測試，結果如圖7：

失效樣品的固化度△Tg=177。97℃-179。39℃=-1。42℃；熱膨脹係數α1-CTE為48。33μm/（m·℃），小於60μm/（m·℃），α2-CTE為226。1μm/（m·℃） ，小於300μm/（m·℃），（50~260）℃熱膨脹百分比PTE為2。478%，小於3。0%。均符合相關標準要求。

3.3熱應力測試

取邊緣基材區域進行熱應力測試（288℃漂錫3次，每次維持時間10s），如下圖：

透過對比失效樣品熱應力前和3次熱應力後的外觀圖，可以發現，熱應力後未出現白斑和分層現象。說明失效樣品的在288℃下熱應力測試結果符合相關標準。

透過以上分層爆板時間、熱膨脹效能和熱應力測試，說明該失效樣品的耐熱性符合相關標準要求。而結合白斑出現的位置來看，說明該板材是在鑽孔的機械應力、無鉛噴錫的熱應力和電容器外掛焊接的機械應力的綜合作用下，產生了白斑現象。

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分析結論

失效PCB僅出現白斑而無分層現象，其是在鑽孔的機械應力、無鉛噴錫的熱應力和電容器外掛焊接的機械應力的綜合作用下產生的。

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一例PCB白斑成因分析