防止PCB會(huì)過期，以及過期後的(de)處理(lǐ)辦法
2021-01-04 11:13
你(nǐ)知道“爲什(shén)麽PCB過期超過保存期限後一定要先烘烤才能(néng)SMT過回焊爐”嗎？
PCB烘烤的(de)主要目的(de)在去濕除潮，除去PCB内含或從外界吸收的(de)水(shuǐ)氣，因爲有(yǒu)些PCB本身所使用(yòng)的(de)材質就容易形成水(shuǐ)分(fēn)子。
另外，PCB生産出來擺放(fàng)一段時間後也(yě)有(yǒu)機會(huì)吸收到(dào)環境中的(de)水(shuǐ)氣，而水(shuǐ)則是造成PCB爆闆(popcorn)或分(fēn)層(delamination)的(de)主要兇手之一。
因爲當PCB放(fàng)置于溫度超過100℃的(de)環境下，比如(rú)回焊爐、波焊爐、熱(rè)風平整或手焊等制(zhì)程時，水(shuǐ)就會(huì)變成水(shuǐ)蒸氣，然後快速膨脹其體積。
當加熱(rè)于PCB的(de)速度越快，水(shuǐ)蒸氣膨脹也(yě)會(huì)越快；當溫度越高(gāo)，則水(shuǐ)蒸氣的(de)體積也(yě)就越大(dà)；當水(shuǐ)蒸氣無法即時從PCB内逃逸出來，就很有(yǒu)機會(huì)撐脹PCB。
尤其PCB的(de)Z方向最爲脆弱，有(yǒu)些時候可(kě)能(néng)會(huì)将PCB的(de)層與層之間的(de)導通孔(via)拉斷，有(yǒu)時則可(kě)能(néng)造成PCB的(de)層間分(fēn)離(lí)，更嚴重的(de)連PCB外表都(dōu)可(kě)以看得到(dào)起泡、膨脹、爆闆等現象；
有(yǒu)時候就算PCB外表看不到(dào)以上(shàng)的(de)現象，但(dàn)其實已經内傷，随著(zhe)時間過去反而會(huì)造成電器(qì)産品的(de)功能(néng)不穩定，或發生CAF等問題，終至造成産品失效。
PCB爆闆的(de)真因剖析與防止對策
PCB烘烤的(de)程序其實還蠻麻煩的(de)，烘烤時必須将原本的(de)包裝拆除後才能(néng)放(fàng)入烤箱中，然後要用(yòng)超過100℃的(de)溫度來烘烤，但(dàn)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。
一般業(yè)界對于PCB烘烤的(de)溫度大(dà)多設定在120±5℃的(de)條件(jiàn)，以确保水(shuǐ)氣真的(de)可(kě)以從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(de)厚度與尺寸大(dà)小(xiǎo)而有(yǒu)所不同，而且對于比較薄或是尺寸比較大(dà)的(de)PCB還得在烘烤後用(yòng)重物(wù)壓著(zhe)闆子，這是爲了要降低或避免PCB在烘烤後冷(lěng)卻期間因爲應力釋放(fàng)而導緻PCB彎曲變形的(de)慘劇發生。
因爲PCB一旦變形彎曲，在SMT印刷錫膏時就會(huì)出現偏移或是厚薄不均的(de)問題，連帶的(de)會(huì)造成後面回焊時大(dà)量的(de)焊接短路(lù)或是空焊等不良發生。
PCB烘烤的(de)條件(jiàn)設定
目前業(yè)界一般對于PCB烘烤的(de)條件(jiàn)與時間設定如(rú)下：
1、PCB于制(zhì)造日期2個(gè)月(yuè)内且密封良好，拆封後放(fàng)置于有(yǒu)溫度與濕度控制(zhì)的(de)環境(≦30℃/60%RH，依據IPC-1601)下超過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(zhì)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(zhì)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(zhì)造日期12個(gè)月(yuè)以上(shàng)，基本上(shàng)不建議使用(yòng)，因爲多層闆的(de)膠合力可(kě)是會(huì)随著(zhe)時間而老化的(de)，日後可(kě)能(néng)會(huì)發生産品功能(néng)不穩等品質問題，增加市場(chǎng)返修的(de)機率，而且生産的(de)過程還有(yǒu)爆闆及吃錫不良等風險。如(rú)果不得不使用(yòng)，建議要先以120±5℃烘烤6個(gè)小(xiǎo)時，大(dà)量産前先試印錫膏投産幾片确定沒有(yǒu)焊錫性問題才繼續生産。
另一個(gè)不建議使用(yòng)存放(fàng)過久的(de)PCB是因爲其表面處理(lǐ)也(yě)會(huì)随著(zhe)時間流逝而漸漸失效，以ENIG來說，業(yè)界的(de)保存期限爲12個(gè)月(yuè)，過了這個(gè)時效，視其沉金(jīn)層的(de)厚度而定，厚度如(rú)果較薄者，其鎳層可(kě)能(néng)會(huì)因爲擴散作用(yòng)而出現在金(jīn)層并形成氧化，影響信賴度，不可(kě)不慎。
5、所有(yǒu)烘烤完成的(de)PCB必須在5天内使用(yòng)完畢，未加工(gōng)完畢的(de)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(de)堆疊方式
1、大(dà)尺寸PCB烘烤時，采用(yòng)平放(fàng)堆疊式擺放(fàng)，建議一疊最多數量建議不可(kě)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(lěng)卻，烘烤後需壓防闆彎治具。大(dà)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(kě)以采用(yòng)平放(fàng)堆疊式擺放(fàng)，一疊最多數量建議不可(kě)超過40片，也(yě)可(kě)以采直立式，數量不限，烘烤完成10分(fēn)鍾内需打開(kāi)烤箱取出PCB平放(fàng)使其冷(lěng)卻，烘烤後需壓防闆彎治具。
PCB烘烤時的(de)注意事項
1、烘烤溫度不可(kě)以超過PCB的(de)Tg點，一般要求不可(kě)以超過125℃。早期某些含鉛的(de)PCB的(de)Tg點比較低，現在無鉛PCB的(de)Tg大(dà)多在150℃以上(shàng)。
2、烘烤後的(de)PCB要盡快使用(yòng)完畢，如(rú)果未使用(yòng)完畢應盡早重新真空包裝。如(rú)果暴露于車(chē)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(de)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，使用(yòng)越是新鮮的(de)PCB焊錫過爐後的(de)品質就越好，過期的(de)PCB即使拿去烘烤後才使用(yòng)還是會(huì)有(yǒu)一定的(de)品質風險。
對PCB烘烤的(de)建議
1、建議隻要使用(yòng)105±5℃的(de)溫度來烘烤PCB就好了，因爲水(shuǐ)的(de)沸點是100℃，隻要超過其沸點，水(shuǐ)就會(huì)變成水(shuǐ)蒸氣。因爲PCB内含的(de)水(shuǐ)分(fēn)子不會(huì)太多，所以并不需要太高(gāo)的(de)溫度來增加其氣化的(de)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，尤其對多層闆及有(yǒu)埋孔的(de)PCB，105℃剛剛好高(gāo)于水(shuǐ)的(de)沸點，溫度又(yòu)不會(huì)太高(gāo)，可(kě)以除濕又(yòu)可(kě)以降低氧化的(de)風險。況且現在的(de)烤箱溫度控制(zhì)的(de)能(néng)力已經比以前提升不少(shǎo)。
2、PCB是否需要烘烤，應該要看其包裝是否受潮，也(yě)就是要觀察其真空包裝内的(de)HIC(Humidity Indicator Card，濕度指示卡)是否已經顯示受潮，如(rú)果包裝良好，HIC沒有(yǒu)指示受潮其實是可(kě)以直接上(shàng)線不用(yòng)烘烤的(de)。
3、PCB烘烤時建議采用(yòng)「直立式」且有(yǒu)間隔來烘烤，因爲這樣才能(néng)起到(dào)熱(rè)空氣對流最大(dà)效果，而且水(shuǐ)氣也(yě)比較容易從PCB内被烤出來。但(dàn)是對于大(dà)尺寸的(de)PCB可(kě)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(lěng)卻，最好還要在闆子的(de)上(shàng)頭壓上(shàng)「防闆彎治具」，因爲一般物(wù)體從高(gāo)熱(rè)狀态到(dào)冷(lěng)卻的(de)過程反而容易吸收水(shuǐ)氣，但(dàn)是快速冷(lěng)卻又(yòu)可(kě)能(néng)引起闆彎，這要取得一個(gè)平衡。
PCB烘烤的(de)缺點及需要考慮的(de)事項
1、烘烤會(huì)加速PCB表面鍍層的(de)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(lǐ)的(de)闆子做高(gāo)溫烘烤，因爲OSP薄膜會(huì)因爲高(gāo)溫而降解或失效。如(rú)果不得不做烘烤，建議使用(yòng)105±5℃的(de)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(yòng)完。
3、烘烤可(kě)能(néng)對IMC生成産生影響，尤其是對HASL(噴錫)、ImSn(化學錫、浸鍍錫)表面處理(lǐ)的(de)闆子，因爲其IMC層(銅錫化合物(wù))其實早在PCB階段就已經生成，也(yě)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(de)厚度，造成信賴性問題。
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