防止PCB會過期，以及過期后的處理辦法
2021-01-04 11:13
你知道“為什么PCB過期超過保存期限后一定要先烘烤才能SMT過回焊爐”嗎？
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，因為有些PCB本身所使用的材質(zhì)就容易形成水分子。
另外，PCB生產(chǎn)出來擺放一段時間后也有機會吸收到環(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。
因為當(dāng)PCB放置于溫度超過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，水就會變成水蒸氣，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)水蒸氣無法即時從PCB內(nèi)逃逸出來，就很有機會撐脹PCB。
尤其PCB的Z方向最為脆弱，有些時候可能會將PCB的層與層之間的導(dǎo)通孔(via)拉斷，有時則可能造成PCB的層間分離，更嚴重的連PCB外表都可以看得到起泡、膨脹、爆板等現(xiàn)象；
有時候就算PCB外表看不到以上的現(xiàn)象，但其實已經(jīng)內(nèi)傷，隨著時間過去反而會造成電器產(chǎn)品的功能不穩(wěn)定，或發(fā)生CAF等問題，終至造成產(chǎn)品失效。
PCB爆板的真因剖析與防止對策
PCB烘烤的程序其實還蠻麻煩的，烘烤時必須將原本的包裝拆除后才能放入烤箱中，然后要用超過100℃的溫度來烘烤，但是溫度又不能太高，免得烘烤期間水蒸氣過度膨脹反而把PCB給撐爆。
一般業(yè)界對于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SMT線打板過回焊爐焊接。
烘烤時間則隨著PCB的厚度與尺寸大小而有所不同，而且對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為應(yīng)力釋放而導(dǎo)致PCB彎曲變形的慘劇發(fā)生。
因為PCB一旦變形彎曲，在SMT印刷錫膏時就會出現(xiàn)偏移或是厚薄不均的問題，連帶的會造成后面回焊時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)界一般對于PCB烘烤的條件與時間設(shè)定如下：
1、PCB于制造日期2個月內(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5天者，上線前需以120±5℃烘烤1個小時。
2、PCB存放超過制造日期2～6個月，上線前需以120±5℃烘烤2個小時。
3、PCB存放超過制造日期6～12個月，上線前需以120±5℃烘烤4個小時。
4、PCB存放超過制造日期12個月以上，基本上不建議使用，因為多層板的膠合力可是會隨著時間而老化的，日后可能會發(fā)生產(chǎn)品功能不穩(wěn)等品質(zhì)問題，增加市場返修的機率，而且生產(chǎn)的過程還有爆板及吃錫不良等風(fēng)險。如果不得不使用，建議要先以120±5℃烘烤6個小時，大量產(chǎn)前先試印錫膏投產(chǎn)幾片確定沒有焊錫性問題才繼續(xù)生產(chǎn)。
另一個不建議使用存放過久的PCB是因為其表面處理也會隨著時間流逝而漸漸失效，以ENIG來說，業(yè)界的保存期限為12個月，過了這個時效，視其沉金層的厚度而定，厚度如果較薄者，其鎳層可能會因為擴散作用而出現(xiàn)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個小時。
PCB烘烤時的堆疊方式
1、大尺寸PCB烘烤時，采用平放堆疊式擺放，建議一疊最多數(shù)量建議不可超過30片，烘烤完成10鐘內(nèi)需打開烤箱取出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，可以采用平放堆疊式擺放，一疊最多數(shù)量建議不可超過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烘烤時的注意事項
1、烘烤溫度不可以超過PCB的Tg點，一般要求不可以超過125℃。早期某些含鉛的PCB的Tg點比較低，現(xiàn)在無鉛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。如果暴露于車間時間過久，則必須重新烘烤。
3、烤箱記得要加裝抽風(fēng)干燥設(shè)備，否則烤出來的水蒸氣反而會留存在烤箱內(nèi)增加其相對濕度，不利PCB除濕。
4、以品質(zhì)觀點來看，使用越是新鮮的PCB焊錫過爐后的品質(zhì)就越好，過期的PCB即使拿去烘烤后才使用還是會有一定的品質(zhì)風(fēng)險。
對PCB烘烤的建議
1、建議只要使用105±5℃的溫度來烘烤PCB就好了，因為水的沸點是100℃，只要超過其沸點，水就會變成水蒸氣。因為PCB內(nèi)含的水分子不會太多，所以并不需要太高的溫度來增加其氣化的速度。
溫度太高或氣化速度太快反而容易使得水蒸氣快速膨脹，對品質(zhì)其實不利，尤其對多層板及有埋孔的PCB，105℃剛剛好高于水的沸點，溫度又不會太高，可以除濕又可以降低氧化的風(fēng)險。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沒有指示受潮其實是可以直接上線不用烘烤的。
3、PCB烘烤時建議采用「直立式」且有間隔來烘烤，因為這樣才能起到熱空氣對流最大效果，而且水氣也比較容易從PCB內(nèi)被烤出來。但是對于大尺寸的PCB可能得考慮直立式是否會造成板彎變形問題。
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」，因為一般物體從高熱狀態(tài)到冷卻的過程反而容易吸收水氣，但是快速冷卻又可能引起板彎，這要取得一個平衡。
PCB烘烤的缺點及需要考慮的事項
1、烘烤會加速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OSP表面處理的板子做高溫烘烤，因為OSP薄膜會因為高溫而降解或失效。如果不得不做烘烤，建議使用105±5℃的溫度烘烤，不得超過2個小時，烘烤后建議24小時內(nèi)用完。
3、烘烤可能對IMC生成產(chǎn)生影響，尤其是對HASL(噴錫)、ImSn(化學(xué)錫、浸鍍錫)表面處理的板子，因為其IMC層(銅錫化合物)其實早在PCB階段就已經(jīng)生成，也就是在PCB焊錫前已生成，烘烤反而會增加這層已生成IMC的厚度，造成信賴性問題。
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