No.049 UPFUJZ/PCBA模块M1A7A38 输出异常 （断路）

1.现象描述及分析

（1） 现象描述

UPFUJZ/PCBA大板经选择性波峰焊焊接后 （焊接温度 275℃、时间 1.5 秒），模块M1A7A38 输出异常，缺陷现象是断路，而且不同的供应商，不同的料号，不同的批次，出现的缺陷现象都是相同的，不良板只要是经选择性波峰焊过的地方都有问题，初步判定为PCB内层线路有断裂现象。异常位置上面有1载板，通过一些铜柱与此排孔连接，并在大板背面焊接，拆掉该位置载板后，测试A-B及C-D间阻值为无穷大，而测试A、B、C、D四个PTH则均未见异常，内层走线均在 L20 层。发现开路缺陷的 PCB 内层连线图如图No.049-1所示。

（2） 切片分析

① 对缺陷位置垂直切片：发现孔壁镀铜层与内层基板分离，内层导线与孔壁镀铜层分离，如图No.049-2所示。

② 对缺陷位置水平切片：在 L20 层，观察线路状况，发现 L20 层铜与孔壁铜分离，L20层的形貌如图No.049-3所示。断线现象大多发生在孔的上下两端内层连接处 （例如L20层），中间一般无异常。

③焊接工艺甄别：分别针对选择性波峰焊接与非选择性波峰焊接的P TH进行对比切片试验，其结果如图No.049-4所示。经选择性波峰焊接的孔均有开路现象，而非选择性波峰焊接的孔均无异常。

④ PTH中填充焊料与否的影响：未填充与填充焊料的PTH缺陷切片的SEM形貌，分别如图No.049-5和图No.049-6所示。

在图No.049-5中，由于受上半部基材的Z方向膨胀压力作用，造成了内层导线与焊环间的断口处发生了明显的撕裂性错位，且基材与孔壁镀铜层之间也发生了明显的分离现象。

在图No.049-6中，由于受上半部基材的Z方向膨胀压力作用下，内层铜导线已出现了向下弯曲现象，且在内层导线与孔壁铜镀层间应力集中的上角部位，出现了撕裂性的裂缝。

上述二图共同揭示了无论P TH内是否填充焊料，均会发生内层导线与孔环间的断裂现象，且未填充焊料时裂缝更厉害。

2.缺陷形成原因及机理

（1） 形成原因

显然，经选择性波峰焊后的PTH周围的基材承受了局部热冲击，使得基材沿Z方向膨胀形成应力，从而导致内层导线与PTH焊环相接的界面被撕裂而造成电气上的断路。

（2） 形成机理

① 针对目前所用PCB几乎均是FR-4基材制成的多层板，当选择性波峰焊接温度过高时，就极易形成PTH周围基材局部受到过大的瞬间热冲击，而导致基材局部瞬间热量的大量积聚，从而造成PTH周边基材沿厚度 （ Z） 方向的局部区域产生过大的膨胀力，使得内层导线与孔壁焊环间断裂而导致开路。采用选择性峰焊时的相关物理变化如图No.049-7所示。

②就膨胀系数 （CTE） 而言，E-玻纤布的CTE为5.04×10^一6/℃，铜箔的CTE为1.7×10^-5/℃，双酚A环氧树脂的CTE 为8.5×10^-5/℃，环氧树脂的固化收缩率是铜箔的5～6倍，是玻纤布的十几倍。

FR-4 CCL的CTE沿X、 Y、 Z 方向有不同的值，在温度从30℃→150℃升温条件下，沿板厚度 （ Z） 方向膨胀率为0.85%，而冷却时收缩率仅为0.36%，FR-4基材Z方向热膨胀率与收缩尺寸变化如图No.049-8所示。当选择焊接温度过高时，就将造成基材局部过热而产生膨胀压力，导致PCB基材内层互连导线断裂，致使层压板结构的完整性遭到破坏。

3.处理和预防

① 合理地设置选择性焊接的工艺窗口，焊接温度不可超过255℃。

② 在设计PCB时尽可能选择玻璃化温度较高的基材。