PCB爆板的真因剖析與防止對策

溫度與蒸氣壓的關係

PCB電路板會發生爆板(popcorn)分層(Delamination)的主要原因不外乎①板材吸水α2/z-CTE太大這兩大類,而「板材吸水」所造成的爆板更佔了70%的不良,其他原因如PCB結構之漲縮不均,冷熱不均、製程受傷與黑化不良…等雖然也不能排除其可能性,但其比率都不太高就是了。

為什麼「水」是造成PCB爆板的主要原因?







PCB的「水」從哪裡來?

既然「水」對爆板這麼重要,那我們得好好研究一下水從哪裡來,就我們普遍的瞭解與認知,大部分的「水」可能都來自於外界,可能是在PCB製程時吸入附著,或是PCB存放時從環境中逐漸擴散(Diffusion)進入;但板材內部結構容易藏水也是可能的原因之一;另外一個你可能想不到的,PCB樹脂的分子式裡也藏著水分子,加熱之後會自行產生水分。所以總結板材吸「水」及藏水處有:

PCB吸水爆板的改善方案-烘烤

既然「水」是造成PCB爆板的主要原因,所以只要把PCB內的水分去除應該就可以解決大部分的爆板問題了,而【烘烤】則是去除PCB外部水份的最佳方法。既然烘烤的目的是在去除水份,所以烘烤的條件最好要符合下面的要求:

從PCB板材的選擇及製程就開始管控吸水的條件

雖然烘烤是改善爆板的最佳方法,但是烘烤不但浪費時間,也浪費設備與人力,而且PCB烘烤之後Tg值會下降也是問題,比較好的方法是從PCB板材的選擇及製程就開始管控吸水的條件。

以上是工作熊上課後的一些心得整理,歡迎留言討論!


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訪客留言內容(Comments)

工作熊您好,文中提到:Tg2-Tg1之△Tg超過2~3°C者,即表示壓合製程之固化反應還不到位,容易發生爆板。
既然△Tg對預測爆板是一明顯指標,請教此測試在PCB板廠算是標準檢驗嗎?如果出貨時要求板廠提供△Tg測試報告算不算過分要求(不增加成本下)?

另外一個問題是:PCB烘烤之後Tg值會下降。
請問1.是只要烘烤,Tg值就會下降,
還是2.因為含水後Tg下降,烘烤後Tg值回不去,
請再幫忙解答,謝謝!!

erictrim;
1. 板廠能不能測試Tg附上Report必須要請你跟板廠討論,測試Tg屬於破壞性試驗,不過這應該屬於板廠內部的測試項目之一。
2. PCB烘烤後Tg值會下降是因為含水後Tg下降,烘烤後Tg值會比原來的稍微下降,因為結構水烤不掉。

你好,您文中提到了線路板的烘烤溫度,卻沒有提到烘烤時間,是否有時間上的參考值

瀟瀟;
烘烤時間一般視潮濕程度烘烤1~4小時。烘烤的時候必須將板子分開成一片一片。

熊大您好:
想請教您因廠內最近客戶有燒爆的問題,已排除水的因素,我們也自行模擬電測的情況對應客戶的嚴苛條件,若是內層有異物造成內短,會有爆版的問題嗎?謝謝。

Mike;
燒板跟爆板是不一樣的,一般會燒板應該都是有短路造成,短路的原因也很多,要自己找看看問題在哪。

您好 想詢問各位先進 對於PCB版表層受潮的難易程度,是否會因為Solder Mask影響或是表面處理方式不同而有所差別。

Hank;
就個人了解PCB受潮以FR4材質影響最大,綠漆或許也有關係但綠漆並無法把全部的FR4都包覆起來,表面處理的影響就更低了,有些表面處理反而更害怕受到潮濕影響。建議可以到【FB討論區】去問看看。

您好:

請問爆板後的PCB對電性有沒有影響,或是僅影響外觀?

James Wu;
理論上有機會爆板只影響外觀,也就是我們一般說得起泡,但沒有人可以絕對保證它不會影響PCB的信賴度以及後續的功能,因為爆板就表示PCB的內部受損,長期使用也不知道那裡會變得更嚴重,就像坍方,沒有影響到交通,但你敢保證幾天後坍方的地方不會變得更嚴重。

講歸講,理論歸理論,實際上
有誰出貨前會烘烤?
上SMT前會烘烤?
走IR會開氮氣?

很多工廠在板子有問題或是超過規定的存放時限後,都會要求烘烤後才進SMT,這是這個業界很多人的作法。
花點烘烤的時間,確保reflow不會出問題是值得的。

您好, 請問您所提到的爆板問題, 會再做過高低溫測試之後才發生嗎? 也就是一般打件完成後都很正常, 但是必須作高低溫測試, 才有可能將問題浮現出來. 這種爆板狀況, 又該如何分析呢?

Ivan,
PCB爆板的問題絕大部分為水蒸氣所造成,如果你的高低溫環測沒有超過100˚C且不是急劇昇溫,基本上不會有爆板出現。
另一種可能是之前板子已經有De-lamination分層的問題,再高低溫的時候變嚴重,這樣還比較有機會。

Hi 感謝您的回覆; 再跟您請教, 在高低溫的測試, 其實已經是 thermal shock 測試了 (-15~65, 2分鐘內). 所以這樣會達到爆版的條件嗎? 另外, 如果是懷疑是De-lamination, 從切板看的出來嗎?

Ivan,
我沒有辦法直接回答你thermal shock測試(-15~65, 2分鐘內)是否會達到爆版板的條件,因為你提供的資訊並不是很清楚,還是那句老化,爆板最大原因為水汽膨脹,你應該要看那些情況下會有水汽膨脹的問題。
切片可以看到De-lamination,但必須先確定De-lamination的位置切片才能找到問題,否則一大片板子,不太可能每個地方都切片。

最近遇到一個問題,化金板PCB超出2年,我是不接收出貨使用,但客戶還是要使用說出貨前烘烤就可以接受,但出貨後到終端客戶就出現不開機情形(我司、客戶都有加溫55度測試24小時才出貨),回廠後分析確定是PCB異常,至PCB板廠進行飛針測試,結果是Pass的,但量測異常點確有阻抗過大(正常:1.5ohm以下 異常:3~4ohm),目前正在進行切片作業,我在想是不是爆板的原因,還是VR孔有問題呢

Allen,
烘烤只是除濕,防止爆板,但無法完全防止分層(De-lamination)。
客戶硬要用就請客戶出具文件,同意允收,以後如果有PCB分層或是via孔破裂問題自行吸收。

工作熊您好,

近日碰到華南客戶持續反映爆板, 但同樣製程做出來的同料號PCB也有出貨到客戶的墨西哥工廠, 卻從未發生過爆板, 對方告知因氣候關係保存倉庫不需做溫濕度管控, 且上件前會烘烤

我們認為多半是與氣候環境有關, 但華南客戶非常排斥在上件前烘烤(客戶同意烘烤了一段時間皆未發生爆板), 請問有相關的SMT規範要求上件前應該做烘烤嗎? 因為J-STD-020似乎只對元器件作規範?

謝謝您!

Jerry,
我想要需要的答案應該已經在你的心裡了。
J-STD-020基本上只是規定給封裝元件使用,印象中有一份PCB的操作及儲存手冊,好像是IPC-1601,自己找一下,我沒有文件,如果你可以找到也歡迎分享給我參考。


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