PCB板SMT后通孔失效？這份晶界缺陷避坑攻略請收好

發(fā)布時間： 2025-08-21 00:00

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PCB板SMT后通孔失效

我們收到某批次PCB板在SMT加工后，出現(xiàn)了通孔阻值變大的現(xiàn)象。5片NG樣品（含標(biāo)記NG孔位）及5片PCB光板進(jìn)行失效分析查明其失效原因。接下來將詳細(xì)解析這一失效案例的分析過程，幫助大家理解背后的技術(shù)原因。

1.外觀檢查&電性能檢查

外觀檢查顯示NG樣品和PCB光板表面未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

阻值測試發(fā)現(xiàn)NG通孔確實存在阻值變大甚至開路的現(xiàn)象；PCB光板中，相同位置的過孔阻值表現(xiàn)為正常。

外觀檢查&電性能檢查

2.無損檢測

對通孔進(jìn)行透視觀察，并與PCB光板通孔進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：NG樣品NG通孔未發(fā)現(xiàn)孔銅缺失、斷裂等明顯異常現(xiàn)象。

無損檢測

3.切片分析

NG樣品：所有通孔孔銅均存在開裂，且孔銅的晶粒明顯存在異常，且晶粒之間存在晶格缺陷。

PCB光板：PCB光板樣品通孔孔銅良好，且孔銅晶粒成型正常。

綜上可知，導(dǎo)致NG樣品通孔阻值變大的直接原因為：通孔孔銅存在開裂異常。

除NG通孔外，NG樣品中其他位置通孔孔銅亦存在斷裂現(xiàn)象，該通孔孔銅斷裂應(yīng)與孔銅晶粒組織異常相關(guān)。

切片分析

4.SEM+EDS

NG通孔：NG通孔孔銅的銅厚約為26.0~31.4μm，晶界缺陷嚴(yán)重，開裂位置表現(xiàn)為沿晶界開裂。

OK通孔：OK通孔孔銅的銅厚約為20.8~27.2μm，通孔孔銅晶粒良好。

綜上可知，NG樣品通孔表現(xiàn)為沿晶界開裂，晶界缺陷嚴(yán)重。NG通孔相比OK通孔，其抗拉強度和延展性嚴(yán)重降低，致使在焊接組裝過程中，孔銅受應(yīng)力發(fā)生開裂。

SEM+EDS

5.熱應(yīng)力分析

為確認(rèn)PCB光板的耐熱沖擊能力是否符合要求，參考IPC-TM-650 2.4.13.1 層壓板熱應(yīng)力測試方法，對PCB光板樣品進(jìn)行熱應(yīng)力測試，測試后發(fā)現(xiàn)PCB光板樣品表面未發(fā)現(xiàn)明顯異常且熱應(yīng)力測試后通孔良好，未發(fā)現(xiàn)孔銅斷裂現(xiàn)象，且孔銅晶粒成型良好。

綜上可知，該批次的PCB光板耐熱性良好。

熱應(yīng)力分析

6.熱性能分析

為確認(rèn)樣品NG是否與板材本身的熱膨脹系數(shù)過大有關(guān)，對NG樣品、PCB光板分別進(jìn)行Z軸膨脹系數(shù)Z-CTE測試，結(jié)果如下所示：

Z軸膨脹系數(shù)Z-CTE：在NG樣品和PCB光板樣品相同位置取測試樣品，參考IPC TM-650 2.4.24C玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和Z軸膨脹（TMA法）測量其Z-CTE。

對比NG樣品與PCB光板的Z-CTE，發(fā)現(xiàn)兩樣品的Tg前以及Tg后的Z-CTE都相差不大，故樣品失效應(yīng)與板材本身的膨脹系數(shù)無關(guān)。

熱性能分析

圖11.Z軸線性膨脹系數(shù)測試結(jié)果曲線圖片

7.分析與總結(jié)

分析：PCB板在SMT后出現(xiàn)通孔阻值變大。電性能檢測確認(rèn)失效通孔阻值異常甚至開路，但外觀和X-Ray檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

切片分析揭示：失效樣品（包括失效孔及其他孔）均存在孔銅開裂，且晶粒異常（晶界間隙大、缺陷嚴(yán)重），導(dǎo)致抗拉強度與延展性不足，受SMT熱應(yīng)力易開裂。相比之下，PCB光板孔銅結(jié)構(gòu)良好、晶粒正常，熱應(yīng)力測試后也無開裂。兩板材的Z軸熱膨脹系數(shù)（Z-CTE）相近，排除基材膨脹影響。

綜上，孔銅開裂失效的根本原因在于電鍍工藝異常導(dǎo)致的晶粒組織缺陷。

總結(jié)：導(dǎo)致NG樣品通孔阻值變大的直接原因為：通孔孔銅存在開裂現(xiàn)象。導(dǎo)致孔銅開裂的根本原因為：通孔孔銅的電鍍銅工藝存在問題，致使銅晶粒異常，導(dǎo)致孔銅的抗拉強度和延伸能力嚴(yán)重不足，在焊接組裝受熱過程中，孔銅易受應(yīng)力發(fā)生開裂。