防止PCB會(huì)過期，以及過期後的處理辦法
2021-01-04 11:13
你知道“為(wèi)什麽PCB過期超過保存期限後一(yī)定要先烘烤才能(néng)SMT過回焊爐”嗎(ma)？
PCB烘烤的主要目的在去濕除潮，除去PCB内含或從(cóng)外界吸收的水(shuǐ)氣，因為(wèi)有些PCB本身所使用的材質就(jiù)容易形成水(shuǐ)分子。
另外，PCB生(shēng)産出來擺放(fàng)一(yī)段時間後也有機(jī)會(huì)吸收到(dào)環境中的水(shuǐ)氣，而水(shuǐ)則是造成PCB爆闆(popcorn)或分層(delamination)的主要兇手之一(yī)。
因為(wèi)當PCB放(fàng)置于溫度超過100℃的環境下(xià)，比如回焊爐、波焊爐、熱風平整或手焊等制程時，水(shuǐ)就(jiù)會(huì)變成水(shuǐ)蒸氣，然後快速膨脹其體積。
當加熱于PCB的速度越快，水(shuǐ)蒸氣膨脹也會(huì)越快；當溫度越高(gāo)，則水(shuǐ)蒸氣的體積也就(jiù)越大；當水(shuǐ)蒸氣無法即時從(cóng)PCB内逃逸出來，就(jiù)很有機(jī)會(huì)撐脹PCB。
尤其PCB的Z方向最為(wèi)脆弱，有些時候可能(néng)會(huì)将PCB的層與層之間的導通(tōng)孔(via)拉斷，有時則可能(néng)造成PCB的層間分離，更嚴重的連PCB外表都可以看(kàn)得到(dào)起泡、膨脹、爆闆等現象；
有時候就(jiù)算(suàn)PCB外表看(kàn)不到(dào)以上(shàng)的現象，但其實已經内傷，随著(zhe)時間過去反而會(huì)造成電(diàn)器(qì)産品的功能(néng)不穩定，或發生(shēng)CAF等問題，終至造成産品失效。
PCB爆闆的真因剖析與防止對策
PCB烘烤的程序其實還(hái)蠻麻煩的，烘烤時必須将原本的包裝拆除後才能(néng)放(fàng)入烤箱中，然後要用超過100℃的溫度來烘烤，但是溫度又(yòu)不能(néng)太高(gāo)，免得烘烤期間水(shuǐ)蒸氣過度膨脹反而把PCB給撐爆。
一(yī)般業(yè)界對于PCB烘烤的溫度大多(duō)設定在120±5℃的條件(jiàn)，以确保水(shuǐ)氣真的可以從(cóng)PCB本體内消除後，才能(néng)上(shàng)SMT線打闆過回焊爐焊接。
烘烤時間則随著(zhe)PCB的厚度與尺寸大小(xiǎo)而有所不同，而且對于比較薄或是尺寸比較大的PCB還(hái)得在烘烤後用重物(wù)壓著(zhe)闆子，這是為(wèi)了要降低(dī)或避免PCB在烘烤後冷卻期間因為(wèi)應力釋放(fàng)而導緻PCB彎曲變形的慘劇發生(shēng)。
因為(wèi)PCB一(yī)旦變形彎曲，在SMT印刷錫膏時就(jiù)會(huì)出現偏移或是厚薄不均的問題，連帶的會(huì)造成後面回焊時大量的焊接短路(lù)或是空焊等不良發生(shēng)。
PCB烘烤的條件(jiàn)設定
目前業(yè)界一(yī)般對于PCB烘烤的條件(jiàn)與時間設定如下(xià)：
1、PCB于制造日期2個(gè)月(yuè)内且密封良好，拆封後放(fàng)置于有溫度與濕度控制的環境(≦30℃/60%RH，依據IPC-1601)下(xià)超過5天者，上(shàng)線前需以120±5℃烘烤1個(gè)小(xiǎo)時。
2、PCB存放(fàng)超過制造日期2～6個(gè)月(yuè)，上(shàng)線前需以120±5℃烘烤2個(gè)小(xiǎo)時。
3、PCB存放(fàng)超過制造日期6～12個(gè)月(yuè)，上(shàng)線前需以120±5℃烘烤4個(gè)小(xiǎo)時。
4、PCB存放(fàng)超過制造日期12個(gè)月(yuè)以上(shàng)，基本上(shàng)不建議使用，因為(wèi)多(duō)層闆的膠合力可是會(huì)随著(zhe)時間而老化的，日後可能(néng)會(huì)發生(shēng)産品功能(néng)不穩等品質問題，增加市(shì)場返修的機(jī)率，而且生(shēng)産的過程還(hái)有爆闆及吃(chī)錫不良等風險。如果不得不使用，建議要先以120±5℃烘烤6個(gè)小(xiǎo)時，大量産前先試印錫膏投産幾片确定沒有焊錫性問題才繼續生(shēng)産。
另一(yī)個(gè)不建議使用存放(fàng)過久的PCB是因為(wèi)其表面處理也會(huì)随著(zhe)時間流逝而漸漸失效，以ENIG來說，業(yè)界的保存期限為(wèi)12個(gè)月(yuè)，過了這個(gè)時效，視其沉金層的厚度而定，厚度如果較薄者，其鎳層可能(néng)會(huì)因為(wèi)擴散作用而出現在金層并形成氧化，影響信賴度，不可不慎。
5、所有烘烤完成的PCB必須在5天内使用完畢，未加工(gōng)完畢的PCB上(shàng)線前必須重新以120±5℃再烘烤1個(gè)小(xiǎo)時。
PCB烘烤時的堆疊方式
1、大尺寸PCB烘烤時，采用平放(fàng)堆疊式擺放(fàng)，建議一(yī)疊最多(duō)數量建議不可超過30片，烘烤完成10鍾内需打開(kāi)烤箱取出PCB并平放(fàng)使其冷卻，烘烤後需壓防闆彎治具。大尺寸PCB不建議直立式烘烤，容易闆彎。
2、中小(xiǎo)型PCB烘烤時，可以采用平放(fàng)堆疊式擺放(fàng)，一(yī)疊最多(duō)數量建議不可超過40片，也可以采直立式，數量不限，烘烤完成10分鍾内需打開(kāi)烤箱取出PCB平放(fàng)使其冷卻，烘烤後需壓防闆彎治具。
PCB烘烤時的注意事(shì)項
1、烘烤溫度不可以超過PCB的Tg點，一(yī)般要求不可以超過125℃。早期某些含鉛的PCB的Tg點比較低(dī)，現在無鉛PCB的Tg大多(duō)在150℃以上(shàng)。
2、烘烤後的PCB要盡快使用完畢，如果未使用完畢應盡早重新真空包裝。如果暴露于車間時間過久，則必須重新烘烤。
3、烤箱記得要加裝抽風幹燥設備，否則烤出來的水(shuǐ)蒸氣反而會(huì)留存在烤箱内增加其相(xiàng)對濕度，不利PCB除濕。
4、以品質觀點來看(kàn)，使用越是新鮮的PCB焊錫過爐後的品質就(jiù)越好，過期的PCB即使拿去烘烤後才使用還(hái)是會(huì)有一(yī)定的品質風險。
對PCB烘烤的建議
1、建議隻要使用105±5℃的溫度來烘烤PCB就(jiù)好了，因為(wèi)水(shuǐ)的沸點是100℃，隻要超過其沸點，水(shuǐ)就(jiù)會(huì)變成水(shuǐ)蒸氣。因為(wèi)PCB内含的水(shuǐ)分子不會(huì)太多(duō)，所以并不需要太高(gāo)的溫度來增加其氣化的速度。
溫度太高(gāo)或氣化速度太快反而容易使得水(shuǐ)蒸氣快速膨脹，對品質其實不利，尤其對多(duō)層闆及有埋孔的PCB，105℃剛剛好高(gāo)于水(shuǐ)的沸點，溫度又(yòu)不會(huì)太高(gāo)，可以除濕又(yòu)可以降低(dī)氧化的風險。況且現在的烤箱溫度控制的能(néng)力已經比以前提升不少。
2、PCB是否需要烘烤，應該要看(kàn)其包裝是否受潮，也就(jiù)是要觀察其真空包裝内的HIC(Humidity Indicator Card，濕度指示卡)是否已經顯示受潮，如果包裝良好，HIC沒有指示受潮其實是可以直接上(shàng)線不用烘烤的。
3、PCB烘烤時建議采用「直立式」且有間隔來烘烤，因為(wèi)這樣才能(néng)起到(dào)熱空氣對流最大效果，而且水(shuǐ)氣也比較容易從(cóng)PCB内被烤出來。但是對于大尺寸的PCB可能(néng)得考慮直立式是否會(huì)造成闆彎變形問題。
4、PCB烘烤後建議放(fàng)置于幹燥處并使其快速冷卻，最好還(hái)要在闆子的上(shàng)頭壓上(shàng)「防闆彎治具」，因為(wèi)一(yī)般物(wù)體從(cóng)高(gāo)熱狀态到(dào)冷卻的過程反而容易吸收水(shuǐ)氣，但是快速冷卻又(yòu)可能(néng)引起闆彎，這要取得一(yī)個(gè)平衡。
PCB烘烤的缺點及需要考慮的事(shì)項
1、烘烤會(huì)加速PCB表面鍍層的氧化，而且越高(gāo)溫度烘烤越久越不利。
2、不建議對OSP表面處理的闆子做高(gāo)溫烘烤，因為(wèi)OSP薄膜會(huì)因為(wèi)高(gāo)溫而降解或失效。如果不得不做烘烤，建議使用105±5℃的溫度烘烤，不得超過2個(gè)小(xiǎo)時，烘烤後建議24小(xiǎo)時内用完。
3、烘烤可能(néng)對IMC生(shēng)成産生(shēng)影響，尤其是對HASL(噴錫)、ImSn(化學錫、浸鍍錫)表面處理的闆子，因為(wèi)其IMC層(銅錫化合物(wù))其實早在PCB階段就(jiù)已經生(shēng)成，也就(jiù)是在PCB焊錫前已生(shēng)成，烘烤反而會(huì)增加這層已生(shēng)成IMC的厚度，造成信賴性問題。
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