引言

孔壁分離是pcb及pcba熱處理（熱風整平錫、熱沖擊、回流焊）等過程中，電鍍通孔的鍍銅層與pcb板本體出現分離的一種缺陷，一旦出現將導致整批產品報廢或退貨，給生產廠家帶來巨大的經濟損失。本文以PCB鼓包異常分析為例，分析其異常原因與失效機理，并提出改善建議。

一、案例背景

PCB噴錫表面處理后出現焊盤和油墨位置鼓包異常，鼓包比例5%。現進行測試分析，查找PCB焊盤及油墨位置鼓包異常的原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

目視及體視顯微鏡下，對PCB鼓包外觀及位置分布進行檢查：

所有鼓包均分布在大焊盤一角落位置，其他位置未見明顯鼓包異常。鼓包典型外觀照片如圖所示。

圖1. 鼓包位置典型外觀照片

2. 超聲波掃描檢查

為了確認其他位置是否也存在鼓包等異常，利用超聲波掃描顯微鏡對異常PCB進行掃描分析。

超聲波T模式（透射模式）掃描結果顯示：除大焊盤一角落位置發現鼓包或分層異常外，其他位置也發現不同程度鼓包或分層現象；所有異常位置均位于PCB通孔周圍。

備注：紅色箭頭為鼓包或分層異常位置

圖2. 超聲波掃描檢查結果

3. 剖面分析

對大焊盤角落位置（NG1區域）及其他異常位置分別進行切片后，利用金相顯微鏡對截面狀況進行觀察分析，結果如下：

NG（大焊盤角落位置）：如圖3所示，切片觀察結果顯示：

①大焊盤鼓包位置及相鄰綠油位置，均發現表層銅箔分離異常，分離界面位于銅箔與樹脂之間；

②鼓包區域靠近通孔集中區；

③鼓包區域通孔切片后，存在嚴重的孔壁分離現象，局部存在內層分離異常（內層銅箔與孔壁分離）；

④未鼓包區域通孔切片后，現象與鼓包區域類似，同樣存在不同程度的孔壁分離及內層分離異常；

⑤鼓包區域銅箔腐蝕后，基銅完整（如圖4所示），排除基銅異常對PCB鼓包的影響。

圖3. NG1位置切片后截面金相觀察照片

圖4. NG1銅箔腐蝕后基銅觀察照片

其他異常位置：如圖5所示，切片結果顯示：

①異常位置均發現表層銅箔分離異常，分離界面位于銅箔與樹脂之間；

②異常區域靠近通孔集中區；

③異常區域通孔切片后，存在嚴重孔壁分離現象，局部存在內層分離異常；

④局部表層銅箔未分離區域，孔壁分離輕微。

圖5. 其他異常位置切片后截面金相觀察照片

外觀正常位置：如圖6所示，相同位置切片結果顯示：

①表層銅箔整體未見明顯分離現象，局部發現輕微分離現象，銅箔輕微分離處，通孔孔壁分離相對嚴重；

②通孔切片后，同樣觀察到孔壁分離現象，但孔壁分離程度整體表現輕微。

圖6. 外觀正常位置切片后截面金相觀察照片

4. 剝離分析

將鼓包位置機械剝離后，利用場發射掃描電子顯微鏡對分離界面形貌及成分進行分析，結果圖7所示：

鼓包位置剝離后，分離界面位于銅箔與樹脂結合位置，放大觀察后，銅箔側存在樹脂殘留現象，說明銅箔與樹脂結合正常，即銅箔棕化正常；分離界面發現C、O、Br、Si、Cu、Mg、Ca元素，未見異常元素存在。

圖7. 鼓包位置機械剝離后界面形貌觀察及成分分析結果

三、總結分析

外觀及超聲波掃描檢查結果顯示：鼓包異常主要位于大焊盤一角落位置，其他位置也發現不同程度鼓包或分層現象；所有異常位置均位于PCB通孔周圍。

鼓包或分層異常位置切片分析結果顯示：①大焊盤鼓包位置及相鄰綠油位置，均發現表層銅箔分離異常，分離界面位于銅箔與樹脂之間；②鼓包區域靠近通孔集中區；③鼓包區域通孔存在嚴重孔壁分離現象，局部存在內層分離異常（內層銅箔與孔壁完全分離，依照標準IPC A-600J-2016 印制板的驗收條件，該現象是不能接受的）；④未鼓包區域通孔切片后，現象與鼓包區域類似，同樣存在不同程度的孔壁分離及內層分離異常（局部表層銅箔未分離區域，孔壁分離輕微）；⑤鼓包區域銅箔腐蝕后，基銅完整，排除基銅異常對PCB鼓包的影響。

外觀正常區域切片結果顯示：①表層銅箔整體未見明顯分離現象，局部發現輕微分離現象，銅箔輕微分離處，通孔孔壁分離相對嚴重；②通孔切片后，同樣觀察到孔壁分離現象，但孔壁分離程度整體表現輕微。

外觀正常區域切片結果顯示：①表層銅箔整體未見明顯分離現象，局部發現輕微分離現象，銅箔輕微分離處，通孔孔壁分離相對嚴重；②通孔切片后，同樣觀察到孔壁分離現象，但孔壁分離程度整體表現輕微。

PCB表層銅箔鼓包異常主要與兩個因素相關：1.界面結合異常；2.產生了較大內應力。影響界面結合質量的因素包括：樹脂固化不良；銅箔棕化異常；界面異物。根據鼓包主要分布在特定區域，且PCB內層并未發現爆板分層異常，可以排除樹脂固化不良的影響；剝離分析結果也排除了銅箔棕化異常及界面異物等影響因素，故銅箔鼓包主要與產生了較大內應力有關。

剖面結果可知，銅箔鼓包主要靠近通孔密集位置、鼓包區域通孔孔壁存在嚴重分離異常、對應位置外觀正常區域孔壁分離程度整體表現輕微，故鼓包異常與孔壁分離存在正相關性。孔壁分離后，遇到噴錫處理過程中高溫影響，孔壁分離界面受熱膨脹，最終導致通孔周圍銅箔受到較大內應力而鼓包。

通孔孔壁分離嚴重、孔壁質量差推測主要與鉆孔質量不佳有關。

四、結論與建議

噴錫PCB局部鼓包異常的原因為：PCB通孔孔壁分離嚴重、孔壁質量差，噴錫過程中，孔壁分離界面因高溫膨脹而導致周圍表層銅箔受到較大內應力而鼓包。

改善建議

優化鉆孔工藝質量，定期更換刀頭。

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