印制电路板表面涂覆层与刚挠分层的失效分析研究

摘要

印制电路板(PCB)是所有电子产品的核心部件，起着支撑、互连和信号传输的作用。为了适应小型化、环保化、多功能化的需求，越来越多的PCB向着高密度化、无铅化和加成化的方向发展。但凡在设计、选材、制造、封装和储存等环节出现任何疏忽，都有可能产生隐患，引起产品过早失效。就国内PCB行业而言，常规PCB的合格率一般在95％-98％之间，无铅化后更是降到了95％;高密度积层PCB合格率不超过90％;刚挠结合多层板合格率更是低于65％，远低于国际要求。按2011年PCB产值1520亿元的5％次品率计算，每年损失量就超过76亿元人民币！提高PCB的可靠性成为了刻不容缓的课题，PCB的失效分析意义重大。而表面涂覆层是PCB装配过程中承上启下的关键工艺，刚挠结合板是高端PCB的代表，它们的失效分析更是棘手而又至关重要。PCB与金属一样，也涉及断裂、变形、腐蚀、磨损、衰减等五大失效模式，但因材料多样化、工艺复杂化、结构微细化等原因，其失效机理和缺陷定位比一般金属难得多，因而要对缺陷微区乃至整个区域进行力学、物理、化学、电学等性能的综合分析，结合制造和管理中的各个环节，才能确定失效模式、失效缺陷、失效机理和失效起因。
　　本论文首先介绍了PCB的结构、制造与发展方向，PCB元器件贴装和芯片互连技术;综述了PCB表面涂覆层和刚挠结合板分层的研究进展;概述了PCB失效分析的意义、特点及方法。其次进行了三个PCB失效分析案例的系统阐述。第一个案例是电镀镍金板无法键合金线及电镀镍金板金面发暗、焊料对焊盘润湿性不良;第二个案例是电镀镍金板3M胶带测试后金层脱落;第三个案例是刚挠结合板回流焊后刚挠分层。针对每个案例的具体情况，从宏观到微观，从广泛到具体，运用一系列表征分析手段，如三维体式显微镜(3D-SM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X-射线荧光分析(XRF)、X射线断层扫描(X-CT)、傅里叶红外分析(FTIR)、热失重分析(TGA)、示差扫描量热分析(DSC)等对失效样品的表面、界面及内部宏微观形貌，焊盘表面、板材化学成分，镀层厚度，板材热性能等进行了全面深入的表征分析，结合PCB工艺流程，分析得出了各个案例的失效起因，提出并详细讨论了失效机理，且有针对性地给出了整改措施。
　　这项工作不仅解决了令厂商头痛的三个实际PCB可靠性问题，为避免类似问题再次发生提出了预防措施，还深入探讨了PCB制作过程中各个工艺环节、各项参数及后续的储存管理对PCB质量、可靠性的影响和PCB失效分析的系统方法，对实际生产中PCB的可靠性分析与控制有很大的借鉴意义。

目录

摘要

第一章 绪言

1．1 印制电路板概述

1．1．1 PCB的结构与制造

1．1．2 高端、新型PCB的发展

1．2 印制电路板的表面涂覆层概述及其研究进展

1．3 PCB元器件贴装及其可靠性研究

1．4 PCB芯片互连

1．5 刚挠结合板分层问题研究进展

1．6 材料失效分析概述及PCB的失效分析

1．6．1 PCB失效分析的意义及选题目的

1．6．2 PCB失效特点及失效分析方法

第二章 电镀镍金表面涂覆层无法键合金线和浸润性不良的失效分析

2．1 前言

2．2 取样和实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 样品1：金线无法键合

2．3．2 样品2：金面发暗和浸润性不良

2．4 结论与建议

2．4．1 结论

2．4．2 建议

第三章 挠性电镀镍金板镀金层脱落的失效分析

3．1 前言

3．2 取样和实验

3．2 结果与讨论

3．3．1 宏观观察与分析

3．3．2 SEM与EDS

3．3．3 失效原因及机理分析

3．4 结论与建议

3．4．1 结论

3．4．2 建议

第四章 刚挠结合板分层的失效分析

4．1 前言

4．2 取样与实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 X-CT断层扫描

4．3．2 板材成分及热性能分析

4．3．3 分层界面分析

4．3．4 失效原因及机理分析

4．4 结论与建议

4．4．1 结论

4．4．2 建议

第五章 结论

5．1 电镀镍金表面涂覆层无法键合金线和浸润性不良的失效分析

5．2 挠性电镀镍金板镀金层脱落的失效分析

5．3 刚挠结合板分层的失效分析

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢

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