一个看似合理的PCB设计，为何焊接后板上的台阶区域起泡
作者：一博科技高速先生自媒体成员 王辉东
高端的食材，往往采用最朴实的烹饪方法。
复杂的PCB，往往从设计上考虑解决方案。
一个看似合理的PCB设计，只因在线路板上做了控深区域并镀了铜，在焊接时诡异的一幕出现了，板子分层起泡了。是加工乱了设计，还是焊接忽略了工艺，请看今天的案例分析。
小飘在某个产品公司做PCB设计，她是一个美丽的女孩，她嘴角轻扬，她自信从容，她优雅而不失阳光。
小飘最近在设计一款PCB，在靠近板边的区域，有一个器件比板子高出0.4mm，但是产品对PCB的厚度有严格的要求，器件不能超出PCB的厚度，否则装配时会因为器件厚度超标，而不能正常放入腔体。
经过和结构工程师讨论后，小飘决定从PCB设计上去解决这个器件超出板厚的问题。
先在PCB上设计一块下沉区域，在成型时通过PCB成型控深，将器件下沉，来满足产品的装配需求。
经过和工厂工艺工程师讨论后，方案可行，说干就干。
她快速的调整好叠层方案后，一切完美。
突然她脑中又灵光一现，可以在PCB下沉区域电镀镀铜，这样对产品的散热也有一定的改善。
她的心情在一刻是美丽的，考虑到加工和镀铜厚度的影响，她哼着小曲，在PCB原图上做了下面的备注。
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PCB文件很快投到了工厂，板子也是按照小飘的设计开始了生产。
等待是一个漫长而又痛苦的过程。
有希望的等待叫守候，没有希望的等待叫煎熬。
好在这个守候的过程很快结束了。
制作好的PCB板子很快就交到了小飘的手上。
明天就是PCB上线焊接装配的日子了。
明天也注定是一个不平凡的日子。
看着板子缓缓的从自动上板子机上开始进入装配之旅。
锡膏印刷、SPI、高速贴片，炉前检查，就剩最后一步，过十二温区的回流焊接。
奇迹就要诞生了，见证奇迹的时候就要到了。
小飘这一刻的心情，就像刚打开的可口可乐，冒着欢快的气泡。
人生总有意外和惊喜，有时候你等了很久期待星星出现，于是你仰望星空，结果天亮了……
板子从炉后出来的一瞬间，小飘都不敢相信自己的眼睛，你见过北方人蒸的馒头吗。
对，此时板子上的台阶区域，就像摆满了一个个刚出锅的馒头。
冒着金黄金黄的气泡。
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所有的失望都源于自己盲目的期待，小飘想不明白是哪个地方出了问题。
突然，她在车间里看到了一个熟悉的身影，面相英俊，玉树临风，那就是江湖人称无所不知，无所不能的PCB工艺工程师王大仙。
小飘原本黯淡的眼睛里瞬间充满了神色，她欢快的跑到王大仙跟前，激动的说道：
“大仙，快帮我看这是什么问题。”
大仙拿起起泡的板子，看了片刻，微然一笑，然后说道：
“小飘，你中了PCB江湖中的最厉害的铜箔分离之咒，铜箔与基材附着力不够，受热冲击后分层起泡了。”
“大仙能否再做详细解释。”小飘赶忙问道。
大仙说：“姑娘，这个事情说起来有些复杂，我就长话短说。这要从PCB的压合开始说起。”
PCB压合时有三剑客---铜箔、core、PP。
硬板常用的铜箔是用硫酸铜溶液电镀而成，它一面光滑，我们称为光面，另一面是粗糙的结晶面,称为毛面(Matte Side) ，双面粗糙度不同,较粗的一面处理后可以和树脂产生较强的接合力。
Prepreg 是Pre-pregnant的英文缩写,是树脂与玻璃纤维布载体合成的一种片状粘结材料。
它在常温下是以卷状固态的形式存在。在叠层压合时，裁切成片状。在压合时，当压机内的温度达到它的TG以上，经过一段时间后，它就会慢慢的由固态变成玻璃状态，也就是（树脂）变成胶的形状。树脂是一种热固型材料，可以发生高分子聚合反应。它可以作为铜箔与玻璃纤维布之间的粘合剂。
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Core是PP经过完全固化后的PP和铜箔的结合体。CORE经过高温高压真空的压合后，完全固化。在工厂的PCB加工时，它的形态和厚度基本稳定，不会有太大的变化。在PCB制作时，它有多种称呼，如芯板、core、基板。其实它就是一个琉璃纤维布加环氧树脂和双面铜箔的一个混合体
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下图为一个常规6层板的叠层，top和bottom面是铜箔中间用PP和core。在压机里面通过高温高压真空，PP融化后，把CORE和铜箔完全粘合在一起。完全固化后，就成了我们常说的多层线路板。
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而小飘设计制作的线路板，是在PCB压合后再在板上做控深处理，而控深后的区域，线路板已完全固化，再在其上面镀铜，这个铜箔只是简单的沉积在基材上，它的结合力完全没有压合时铜箔结合力好，在高温冲击时，电镀铜与基材分层起泡。
大师你说的我还是有些晕乎，在车间里面王半仙说了半天，小飘还是有些听不明白。
这时刚好下班了，王大仙把小飘拉到工厂园区外面的自行车修理摊，让小飘在那里看李大爷补轮胎。只见李大爷先拿起一个锉，在轮胎上用力的磨，然后在上面涂了胶水，最后把一块胶皮压在上面，片刻之后破损的轮胎补好了。然后大仙问小飘你看到了什么。小飘激动的说大仙我明白了，李大爷补胎真不容易，你看他汗流浃背，我以后要好好设计一款人工智能的补胎产品，让李大爷不这么累。大仙瞬间感觉一口气上不来，憋了半天，悠悠的说出一句话，补轮胎不打磨，怎么增加轮胎与胶皮的结合力，补完之后会漏气的。
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【一个看似合理的PCB设计，为何焊接后板上的台阶区域起泡】线路板的外层铜皮是通过高温高压真空和融化后的PP接合在一起，毛面的铀箔与胶状的树脂相结合，完全固化后，就紧密的结合在一起，不容易分层，而控深区域镀铜，只是通过电镀在控深区域的基材表面沉积一层铜，因为沉积铜没有胶的参与，这层铜与PCB的结合力，远没有压合时毛面的铜箔与树脂的结合力好。在回流焊接时，受到热冲击的影响，就会出现分层起泡，于是案例就发生了。
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小飘听完后恍然大悟，后来放弃在控深区域的镀铜方案，重新评估优化设计，最终将板子顺利交付。
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