通俗易懂的PCB爆板原因以及玻璃转换温度

作者：蒋修国，文章来源：信号完整性微信公众号

编者注：电子设计是一个系统性的工作，总会遇到一些超过自己认知范围的问题，这就需要不停的学习。这篇文章就给大家分享一些关于PCB爆板的原因，以及其中涉及到的玻璃转换温度的概念。

前段时间有一个朋友遇到了一个问题，说是公司做了一批产品出现了爆板的现象。由于产品的有一些保密性，没有发图片给我看，所以我就给他出了一个主意：找PCB供应商帮忙找找问题点，毕竟PCB板厂有一堆的专家在研究这些问题。我认为对于爆板的问题无非就是板材的问题或者加工的问题。后来有点时间就想进一步的了解下爆板的原因，归纳起来有以下一些情况：

1、吸水导致的爆板；如果是吸水导致的爆板，可用烘烤方式去除水份, 防止爆板。这也是为什么在SMT之前，都会先烘烤板子然后再到下一道工序中。据了解在一般条件下，48小时就可吸收约70%水分。

2、板材裂化导致的爆板；发生于单一层树脂内，宜提高板材Tg及Td。
3、内层埋孔填胶不良导致爆板；胶量在局部区域明显不足，造成玻纤直接压在铜面上，容易爆板。

4、盲孔电镀薄导致爆板，回流焊后容易孔破及爆板。
5、减铜不良造成见底材时也容易形成爆板。
6、板边胶量不足，压合后处理时也会造成板边爆板。

其实对于一个硬件工程师而言，对于这些原因知道的并不多。只是了解一些常见的原因。对于以上的这些原因我主要关注到了两个点，一个是吸水性，一个是玻璃转换温度（Tg值）。这两个参数都与PCB材料有关系，在材料的datasheet中也都会有说明，如下两张图高亮处所示：

如果需要进一步的了解吸水性和玻璃转换温度，可以参考IPC TM-650 2.6.2.1和2.4.24.6。

这里和大家在分析下为什么吸水性和TG值会影响到爆板？众所周知，树脂是有定的吸水性的，吸水之后，就会导致TG值降低；本身树脂也会含有水分。当温度较高时，水还是水，但是当温度高于100度时，水就可能会变成水蒸气，水蒸气又变成了非常好的可塑剂，加速了板材Z方向瞬间肿胀而快速开裂，这就导致了所谓的爆板。（具体过程可能会比较复杂，我这只是简单的描述和介绍）。

下面和大家科普下玻璃转换温度：

对于工程师只要了解一点材料的应该都知道玻璃转换温度这个概念。玻璃转换温度（Glass Transition Temperature，TG）是环氧树脂材料最重要的特性之一，所以TG值也就成为了PCB的玻璃纤维布的品质指标之一。TG值一般泛指在塑料微观中高分子链开始具有大链节运动时的温度，不过相较于热翘曲温度似乎就感觉没有那么重要了。

若应用温度低于玻璃转换温度(TG)时，分子链节的运动大部分会被冻结，呈现出较多的晶格状排列，塑料则会呈现出刚性具硬脆特性之玻璃态。没错就类似玻璃的特性，坚硬但容易脆裂。

若应用温度高于玻璃转换温度(TG)时，分子链节则会有更多的自由度可以运动，塑胶件则会呈现出柔软可绕曲的橡胶态。因此玻璃转换温度(TG)一般为塑料发生在玻璃态-橡胶态相转移时之温度。所以TG值与塑胶产品的设计及运用之温度范围有非常大的关系。一般而言固体塑胶件的应用温度范围通常会取在玻璃转换温度(TG)以下，若对塑料绕曲柔软性有需求者，如橡胶，则应用温度会选取在玻璃转化温度以上，但在热变形温度以下。

要注意的是"玻璃转换"过程基本上是一段温度区域而非特定的单一温度，相对的热翘曲温度则会指向固定温度，不过一般我们在定义"玻璃转换温度（TG）"时通常会取其在整个玻璃转换温度区域的中点。

审核编辑 黄宇