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PCBA大讲堂:过期PCB为什么要先烘烤才能SMT或过炉?

发布时间 :2019-06-19 15:45 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
对许多工程师来说,他们可能就是搞不懂「为什么PCB过期超过保存期限后一定要先烘烤才能SMT过回焊炉呢?」,还是你觉得不管PCB有没有过期总之先烤了再说?哪你知道PCB过期后为何需要烘烤?PCB烘烤又有那些限制?
 
 
过期PCB为什么要先烘烤才能SMT或过炉
 
PCB烘烤的主要目的在去湿除潮,除去PCB内含或从外界吸收的水气,因为有些PCB本身所使用的材质就容易形成水分子,另外,PCB生产出来摆放一段时间后也有机会吸收到环境中的水气,而「水」则是造成PCB爆板(popcorn)或分层(delamination)的主要凶手之一。
 
因为当PCB放置于温度超过100℃的环境下,比如回焊炉、波焊炉、热风平整或手焊…等制程时,「水」就会变成水蒸气,然后快速膨胀其体积,当加热于PCB的速度越快,水蒸气膨胀也会越快,当温度越高,则水蒸气的体积也就越大,当水蒸气无法即时从PCB内逃逸出来,就很有机会撑胀PCB,尤其PCB的Z方向最为脆弱,有些时候可能会将PCB的层与层之间的导通孔(via)拉断,有时则可能造成PCB的层间分离,更严重的连PCB外表都可以看得到起泡、膨龟、爆板等现象,有时候就算PCB外表看不到以上的现象,但其实已经内伤,随着时间过去反而会造成电器产品的功能不稳定,或发生CAF等问题,终至造成产品失效。
 
建议延伸相关阅读:PCB爆板的真因剖析与防止对策
 
PCB烘烤的程序其实还蛮麻烦的,烘烤时必须将原本的包装拆除后才能放入烤箱中,然后要用超过100℃的温度来烘烤,但是温度又不能太高,免得烘烤期间水蒸气过度膨胀反而把PCB给撑爆,一般业界对于PCB烘烤的温度大多设定在120+/-5℃的条件,以确保水气真的可以从PCB本体内消除后,才能上SMT线打板过回焊炉焊接,烘烤时间则随着PCB的厚度与尺寸大小而有所不同,而且对于比较薄或是尺寸比较大的PCB还得在烘烤后用重物压着板子,这是为了要降低或避免PCB在烘烤后冷却期间因为应力释放而导致PCB弯曲变形的惨剧发生,因为PCB一旦变形弯曲,在SMT印刷锡膏时就会出现偏移或是厚薄不均的问题,连带的会造成后面回焊时大量的焊接短路或是空焊等不良发生。
 
PCB烘烤的条件设定
目前业界一般对于PCB烘烤的条件与时间设定如下:
1、PCB于制造日期2个月内且密封良好,拆封后放置于有温度与湿度控制的环境(≦30℃/60%RH,依据IPC-1601)下超过5天者,上线前需以120+/-5℃烘烤1个小时。
2、PCB存放超过制造日期2~6个月,上线前需以120+/-5℃烘烤2个小时。
3、PCB存放超过制造日期6~12个月,上线前需以120+/-5℃烘烤4个小时。
4、PCB存放超过制造日期12个月以上,基本上不建议使用,因为多层板的胶合力可是会随着时间而老化的,日后可能会发生产品功能不稳等品质问题,增加市场返修的机率,而且生产的过程还有爆板及吃锡不良等风险。如果不得不使用,建议要先以120+/-5℃烘烤6个小时,大量产前先试印锡膏投产几片确定没有焊锡性问题才继续生产。另一个不建议使用存放过久的PCB是因为其表面处理也会随着时间流逝而渐渐失效,以ENIG来说,业界的保存期限为12个月,过了这个时效,视其沉金层的厚度而定,厚度如果较薄者,其镍层可能会因为扩散作用而出现在金层并形成氧化,影响信赖度,不可不慎。
5、所有烘烤完成的PCB必须在5天内使用完毕,未加工完毕的PCB上线前必须重新以120+/-5℃再烘烤1个小时。
 
PCB烘烤时的堆叠方式
1、大尺寸PCB烘烤时,采用平放堆叠式摆放,建议一叠最多数量建议不可超过30片,烘烤完成10钟内需打开烤箱取出PCB并平放使其冷却,烘烤后需压防板弯治具 。大尺寸PCB不建议直立式烘烤,容易板弯。
2、中小型PCB烘烤时,可以采用平放堆叠式摆放,一叠最多数量建议不可超过40片,也可以采直立式,数量不限,烘烤完成10分钟内需打开烤箱取出PCB平放使其冷却,烘烤后需压防板弯治具。
 
过期PCB为什么要先烘烤才能SMT或过炉
 
PCB烘烤时的注意事项:
1、烘烤温度不可以超过PCB的Tg点,一般要求不可以超过125℃。早期某些含铅的PCB的Tg点比较低,现在无铅PCB的Tg大多在150℃以上。
2、烘烤后的PCB要尽快使用完毕,如果未使用完毕应尽早重新真空包装。如果暴露于车间时间过久,则必须重新烘烤。
3、烤箱记得要加装抽风干燥设备,否则烤出来的水蒸气反而会留存在烤箱内增加其相对湿度,不利PCB除湿。
4、以品质观点来看,使用越是新鲜的PCB焊锡过炉后的品质就越好,过期的PCB即使拿去烘烤后才使用还是会有一定的品质风险。
 
深圳宏力捷电子对PCB烘烤的建议:
1、建议只要使用105+/-5℃的温度来烘烤PCB就好了,因为水的沸点是100℃,只要超过其沸点,水就会变成水蒸气,因为PCB内含的水分子不会太多,所以并不需要太高的温度来增加其气化的速度,温度太高或气化速度太快反而容易使得水蒸气快速膨胀,对品质其实不利,尤其对多层板及有埋孔的PCB,105℃刚刚好高于水的沸点,温度又不会太高,可以除湿又可以降低氧化的风险。况且现在的烤箱温度控制的能力已经比以前提升不少。
2、PCB是否需要烘烤,应该要看其包装是否受潮,也就是要观察其真空包装内的 HIC (Humidity Indicator Card,湿度指示卡) 是否已经显示受潮,如果包装良好,HIC没有指示受潮其实是可以直接上线不用烘烤的。
3、PCB烘烤时建议采用「直立式」且有间隔来烘烤,因为这样才能起到热空气对流最大效果,而且水气也比较容易从PCB内被烤出来。但是对于大尺寸的PCB可能得考虑直立式是否会造成板弯变形问题。
4、PCB烘烤后建议放置于干燥处并使其快速冷却,最好还要在板子的上头压上「防板弯治具」,因为一般物体从高热状态到冷却的过程反而容易吸收水气,但是快速冷却又可能引起板弯,这要取得一个平衡。
 
PCB烘烤的缺点及需要考虑的事项:
1、烘烤会加速PCB表面镀层的氧化,而且越高温度烘烤越久越不利。 
相关阅读:PCBA大讲堂:PCB上线前烘烤可以增加焊锡性吗?
2、不建议对OSP表面处理的板子做高温烘烤,因为OSP薄膜会因为高温而降解或失效。如果不得不做烘烤,建议使用105+/-5℃的温度烘烤,不得超过2个小时,烘烤后建议24小时内用完。
3、烘烤可能对IMC生成产生影响,尤其是对HASL(喷锡)、ImSn(化学锡、浸镀锡)表面处理的板子,因为其IMC层(铜锡化合物)其实早在PCB阶段就已经生成,也就是在PCB焊锡前已生成,烘烤反而会增加这层已生成IMC的厚度,造成信赖性问题。
 
以上就是对于过期PCB为什么要先烘烤才能SMT或过炉的解答,如果您有电路板产品需要打样、PCBA代工代料,欢迎联系深圳宏力捷电子!


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