干貨分享 | 從“千層蛋糕”到致命隱患，一文解析PCB 分層爆板

在電子設(shè)備中，高性能印刷電路板（PCB）就如同精密的 “千層蛋糕”，然而，當(dāng)出現(xiàn)層間黏合失效，也就是 “分層爆板” 問題時(shí)，輕則導(dǎo)致信號(hào)失真，重則使整板報(bào)廢。接下來，SGS帶您深入了解分層爆板的成因、檢測技術(shù)以及預(yù)防措施。

什么是PCB分層爆板？
分層爆板（Delamination）指PCB內(nèi)部層壓材料因應(yīng)力、溫度或工藝等問題導(dǎo)致層間分離，同時(shí)還可能伴隨板材起泡、開裂甚至斷裂的情況。這不僅影響電路可靠性，更可能引發(fā)設(shè)備短路、起火等致命風(fēng)險(xiǎn)！ 

分層爆板的元兇

■ 材料缺陷

• P片或基材吸濕膨脹：P 片和基材對(duì)存放環(huán)境有嚴(yán)格要求，一般溫度需控制在 20℃ - 25℃，相對(duì)濕度保持在 40% - 60%。一旦環(huán)境條件不佳，受到濕度、氧氣等因素影響，材料性能就會(huì)下降，進(jìn)而引發(fā)分層爆板問題。
• 銅箔與樹脂結(jié)合力不足：壓合前棕化面不良、表面粗糙度低或銅箔表面被污染等情況都會(huì)降低基材和銅箔之間的結(jié)合力 。
• 工藝參數(shù)不匹配（溫度/壓力/時(shí)間）：升溫速率過快使PCB內(nèi)層各層材料膨脹速度不一致，增加分層風(fēng)險(xiǎn)；壓合時(shí)間過短，樹脂未能充分固化，也容易出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。

■ 制程工藝問題

• 鉆孔或銑邊參數(shù)與基材不匹配：進(jìn)刀速或鉆速過快，機(jī)械應(yīng)力會(huì)變大 ，會(huì)在孔壁周圍產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，使樹脂與銅箔、樹脂與玻纖布等層間出現(xiàn)分層。
• 沉銅 / 電鍍液殘留：沉銅/電鍍液殘留且后段清洗不干凈，殘留液不僅會(huì)長期腐蝕內(nèi)層銅箔，在特定條件下生成的堿性物質(zhì)還會(huì)對(duì)玻纖和樹脂等有機(jī)材料產(chǎn)生腐蝕作用。
• 高溫焊接時(shí)的膨脹差異：高溫焊接時(shí)銅箔膨脹和玻纖樹脂膨脹程度不一致，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過材料結(jié)合力時(shí)，就會(huì)引發(fā)分層。

■ 外部環(huán)境挑戰(zhàn)

• 長期高溫高濕環(huán)境：在長期高溫高濕的惡劣環(huán)境下工作，樹脂等有機(jī)材料會(huì)吸濕，水分會(huì)降低樹脂與銅箔、玻纖布等材料之間的結(jié)合力。
• 頻繁冷熱循環(huán)：頻繁冷熱循環(huán)會(huì)使PCB材料性能逐漸下降，樹脂在反復(fù)的熱脹冷縮的過程中，分子鏈逐漸斷裂，粘結(jié)性能降低。

如何檢測分層爆板？

1. X射線檢測（X-Ray）
原理：X射線具有強(qiáng)穿透性，能穿透PCB的不同材料和結(jié)構(gòu)。由于不同物質(zhì)對(duì)X射線吸收和衰減程度不同，原子序數(shù)高、密度大的物質(zhì)吸收多。分層區(qū)域與正常區(qū)域在成像上會(huì)有差異，利用X光穿透PCB，捕捉層間空洞、裂紋等缺陷。 
用途：用于失效分析無損檢測，精準(zhǔn)定位失效位置。

圖示：X射線檢查空洞

2. 超聲波掃描顯微鏡（SAT）
原理：超聲波掃描顯微鏡發(fā)射的超聲波在遇到 PCB 不同介質(zhì)的界面時(shí)，由于不同介質(zhì)的聲阻抗不同，一部分超聲波會(huì)反射回來，另一部分則繼續(xù)傳播。通過分析高頻超聲波的反射信號(hào)，就可以確定分層的位置和大小。
用途：用于高密度互連板、芯片封裝可靠性驗(yàn)證，以及PCB生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制。

圖示：超聲波掃描

3. 熱應(yīng)力測試（TST）
原理：將PCB暴露在不同的環(huán)境中，并進(jìn)行多次的溫度循環(huán)變化，模擬實(shí)際使用過程中可能遇到的溫度變化情況。如果PCB中存在潛在的分層缺陷，在反復(fù)的熱應(yīng)力作用下，缺陷可能會(huì)逐漸放大或?qū)е缕渌Ｊ匠霈F(xiàn)，從而加速暴露分層風(fēng)險(xiǎn)。
用途：用于預(yù)測PCB長期使用的可靠性，提前淘汰劣質(zhì)板材。

圖示：熱應(yīng)力測試

4. 微切片分析（Cross-Section）
原理：對(duì)疑似分層的位置切割成小塊樣本，對(duì)其進(jìn)行鑲嵌、研磨和拋光等處理，使樣本的截面平整光滑，以便后續(xù)使用顯微鏡觀察層間結(jié)合狀態(tài)。
用途：直觀分析失效機(jī)理，常用于實(shí)驗(yàn)室深度診斷。

圖示：微切片觀察分層

怎樣預(yù)防分層爆板？

• 材料控制：選用質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的覆銅板，其玻璃纖維布應(yīng)浸漬良好，樹脂含量均勻；儲(chǔ)存時(shí)注意環(huán)境溫濕度，避免板材受潮，一般濕度控制在40%-60%，溫度控制在20℃-25℃。
• 優(yōu)化制程工藝：根據(jù)不同材料的性能，合理調(diào)整鉆孔速度；依據(jù)板材特性和產(chǎn)品要求，優(yōu)化壓合溫度、壓力和時(shí)間。
• 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)：增加無導(dǎo)通性能的散熱孔等散熱結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)品的散熱性能；優(yōu)先采用沉金等表面處理方式，增強(qiáng)產(chǎn)品的抗?jié)駸崮芰Α?/span>
• 全程檢測護(hù)航：定期監(jiān)控棕化，壓合料溫曲線等產(chǎn)線制程，保障工藝制程的穩(wěn)定；通過來料檢驗(yàn)，半成品切片監(jiān)控以及出貨前回流焊抽檢等預(yù)防手段，對(duì)生產(chǎn)全流程監(jiān)控。 

分層爆板是 PCB 的 “隱形殺手”，但只要我們充分了解其成因，運(yùn)用科學(xué)的檢測技術(shù)，嚴(yán)格管控生產(chǎn)工藝，就能夠有效預(yù)防這一問題，保障電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。