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「技術(shù)共享」過(guò)期PCB為什么要先烘烤才能T或過(guò)爐?

  對(duì)許多工程師來(lái)說(shuō),他們可能就是搞不懂“為什么PCB過(guò)期超過(guò)保存期限后一定要先烘烤才能T過(guò)回焊爐呢?”,還是你覺(jué)得不管PCB有沒(méi)有過(guò)期總之先烤了再說(shuō)?那你知道PCB過(guò)期后為何需要烘烤?PCB烘烤又有哪些限制?

  

  PCB烘烤的主要目的在去濕除潮,除去PCB內(nèi)含或從外界吸收的水氣,因?yàn)橛行㏄CB本身所使用的材質(zhì)就容易形成水分子,另外,PCB生產(chǎn)出來(lái)擺放一段時(shí)間后也有機(jī)會(huì)吸收到環(huán)境中的水氣,而「水」則是造成PCB爆板(popcorn)或分層(delamination)的主要兇手之一。

  

  因?yàn)楫?dāng)PCB放置于溫度超過(guò)100℃的環(huán)境下,比如回焊爐、波焊爐、熱風(fēng)平整或手焊等制程時(shí),「水」就會(huì)變成水蒸氣,然后快速膨脹其體積。當(dāng)加熱于PCB的速度越快,水蒸氣膨脹也會(huì)越快;當(dāng)溫度越高,則水蒸氣的體積也就越大;當(dāng)水蒸氣無(wú)法即時(shí)從PCB內(nèi)逃逸出來(lái),就很有機(jī)會(huì)撐脹PCB,尤其PCB的Z方向最為脆弱,有些時(shí)候可能會(huì)將PCB的層與層之間的導(dǎo)通孔(via)拉斷,有時(shí)則可能造成PCB的層間分離,更嚴(yán)重的連PCB外表都可以看得到起泡、膨龜、爆板等現(xiàn)象;有時(shí)候就算PCB外表看不到以上的現(xiàn)象,但其實(shí)已經(jīng)內(nèi)傷,隨著時(shí)間過(guò)去反而會(huì)造成電器產(chǎn)品的功能不穩(wěn)定,或發(fā)生CAF等問(wèn)題,終至造成產(chǎn)品失效。

  延伸閱讀:

  PCB爆板的真因剖析與防止對(duì)策

  PCB烘烤的程序其實(shí)還蠻麻煩的,烘烤時(shí)必須將原本的包裝拆除后才能放入烤箱中,然后要用超過(guò)100℃的溫度來(lái)烘烤,但是溫度又不能太高,免得烘烤期間水蒸氣過(guò)度膨脹反而把PCB給撐爆,一般業(yè)界對(duì)于PCB烘烤的溫度大多設(shè)定在120±5℃的條件,以確保水氣真的可以從PCB本體內(nèi)消除后,才能上T線打板過(guò)回焊爐焊接,烘烤時(shí)間則隨著PCB的厚度與尺寸大小而有所不同,而且對(duì)于比較薄或是尺寸比較大的PCB還得在烘烤后用重物壓著板子,這是為了要降低或避免PCB在烘烤后冷卻期間因?yàn)閼?yīng)力釋放而導(dǎo)致PCB彎曲變形的慘劇發(fā)生,因?yàn)镻CB一旦變形彎曲,在T印刷錫膏時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偏移或是厚薄不均的問(wèn)題,連帶的會(huì)造成后面回焊時(shí)大量的焊接短路或是空焊等不良發(fā)生。

  PCB烘烤的條件設(shè)定

  目前業(yè)界一般對(duì)于PCB烘烤的條件與時(shí)間設(shè)定如下:

  1、PCB于制造日期2個(gè)月內(nèi)且密封良好,拆封后放置于有溫度與濕度控制的環(huán)境(≦30℃/60%RH,依據(jù)IPC-1601)下超過(guò)5天者,上線前需以120±5℃烘烤1個(gè)小時(shí)。

  2、PCB存放超過(guò)制造日期2~6個(gè)月,上線前需以120±5℃烘烤2個(gè)小時(shí)。

  3、PCB存放超過(guò)制造日期6~12個(gè)月,上線前需以120±5℃烘烤4個(gè)小時(shí)。

  4、PCB存放超過(guò)制造日期12個(gè)月以上,基本上不建議使用,因?yàn)槎鄬影宓哪z合力可是會(huì)隨著時(shí)間而老化的,日后可能會(huì)發(fā)生產(chǎn)品功能不穩(wěn)等品質(zhì)問(wèn)題,增加市場(chǎng)返修的機(jī)率,而且生產(chǎn)的過(guò)程還有爆板及吃錫不良等風(fēng)險(xiǎn)。如果不得不使用,建議要先以120±5℃烘烤6個(gè)小時(shí),大量產(chǎn)前先試印錫膏投產(chǎn)幾片確定沒(méi)有焊錫性問(wèn)題才繼續(xù)生產(chǎn)。

  另一個(gè)不建議使用存放過(guò)久的PCB是因?yàn)槠浔砻嫣幚硪矔?huì)隨著時(shí)間流逝而漸漸失效,以ENIG來(lái)說(shuō),業(yè)界的保存期限為12個(gè)月,過(guò)了這個(gè)時(shí)效,視其沉金層的厚度而定,厚度如果較薄者,其鎳層可能會(huì)因?yàn)閿U(kuò)散作用而出現(xiàn)在金層并形成氧化,影響信賴(lài)度,不可不慎。

  5、所有烘烤完成的PCB必須在5天內(nèi)使用完畢,未加工完畢的PCB上線前必須重新以120±5℃再烘烤1個(gè)小時(shí)。

  

  PCB烘烤時(shí)的堆疊方式

  1、大尺寸PCB烘烤時(shí),采用平放堆疊式擺放,建議一疊最多數(shù)量建議不可超過(guò)30片,烘烤完成10鐘內(nèi)需打開(kāi)烤箱取出PCB并平放使其冷卻,烘烤后需壓防板彎治具 。大尺寸PCB不建議直立式烘烤,容易板彎。

  2、中小型PCB烘烤時(shí),可以采用平放堆疊式擺放,一疊最多數(shù)量建議不可超過(guò)40片,也可以采直立式,數(shù)量不限,烘烤完成10分鐘內(nèi)需打開(kāi)烤箱取出PCB平放使其冷卻,烘烤后需壓防板彎治具。

  

  PCB烘烤時(shí)的注意事項(xiàng)

  1、烘烤溫度不可以超過(guò)PCB的T ** ,一般要求不可以超過(guò)125℃。早期某些含鉛的PCB的T ** 比較低,現(xiàn)在無(wú)鉛PCB的Tg大多在150℃以上。

  2、烘烤后的PCB要盡快使用完畢,如果未使用完畢應(yīng)盡早重新真空包裝。如果暴露于車(chē)間時(shí)間過(guò)久,則必須重新烘烤。

  3、烤箱記得要加裝抽風(fēng)干燥設(shè)備,否則烤出來(lái)的水蒸氣反而會(huì)留存在烤箱內(nèi)增加其相對(duì)濕度,不利PCB除濕。

  4、以品質(zhì)觀點(diǎn)來(lái)看,使用越是新鮮的PCB焊錫過(guò)爐后的品質(zhì)就越好,過(guò)期的PCB即使拿去烘烤后才使用還是會(huì)有一定的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

  對(duì)PCB烘烤的建議

  1、建議只要使用105±5℃的溫度來(lái)烘烤PCB就好了,因?yàn)樗姆悬c(diǎn)是100℃,只要超過(guò)其沸點(diǎn),水就會(huì)變成水蒸氣,因?yàn)镻CB內(nèi)含的水分子不會(huì)太多,所以并不需要太高的溫度來(lái)增加其氣化的速度,溫度太高或氣化速度太快反而容易使得水蒸氣快速膨脹,對(duì)品質(zhì)其實(shí)不利,尤其對(duì)多層板及有埋孔的PCB,105℃剛剛好高于水的沸點(diǎn),溫度又不會(huì)太高,可以除濕又可以降低氧化的風(fēng)險(xiǎn)。況且現(xiàn)在的烤箱溫度控制的能力已經(jīng)比以前提升不少。

  2、PCB是否需要烘烤,應(yīng)該要看其包裝是否受潮,也就是要觀察其真空包裝內(nèi)的 HIC (Humidity Indicator Card,濕度指示卡) 是否已經(jīng)顯示受潮,如果包裝良好,HIC沒(méi)有指示受潮其實(shí)是可以直接上線不用烘烤的。

  3、PCB烘烤時(shí)建議采用「直立式」且有間隔來(lái)烘烤,因?yàn)檫@樣才能起到熱空氣對(duì)流最大效果,而且水氣也比較容易從PCB內(nèi)被烤出來(lái)。但是對(duì)于大尺寸的PCB可能得考慮直立式是否會(huì)造成板彎變形問(wèn)題。

  4、PCB烘烤后建議放置于干燥處并使其快速冷卻,最好還要在板子的上頭壓上「防板彎治具」,因?yàn)橐话阄矬w從高熱狀態(tài)到冷卻的過(guò)程反而容易吸收水氣,但是快速冷卻又可能引起板彎,這要取得一個(gè)平衡。

  

  PCB烘烤的缺點(diǎn)及需要考慮的事項(xiàng)

  1、烘烤會(huì)加速PCB表面鍍層的氧化,而且越高溫度烘烤越久越不利。

  2、不建議對(duì)OSP表面處理的板子做高溫烘烤,因?yàn)镺SP薄膜會(huì)因?yàn)楦邷囟到饣蚴。如果不得不做烘烤,建議使用105±5℃的溫度烘烤,不得超過(guò)2個(gè)小時(shí),烘烤后建議24小時(shí)內(nèi)用完。

  3、烘烤可能對(duì)IMC生成產(chǎn)生影響,尤其是對(duì)HASL(噴錫)、ImSn(化學(xué)錫、浸鍍錫)表面處理的板子,因?yàn)槠銲MC層(銅錫化合物)其實(shí)早在PCB階段就已經(jīng)生成,也就是在PCB焊錫前已生成,烘烤反而會(huì)增加這層已生成IMC的厚度,造成信賴(lài)性問(wèn)題。

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