PCB烘烤的條件與方法,為什麼過期的PCB要先烘烤才能打SMT或過回焊爐?

為什麼過期的PCB要先烘烤才能打SMT或過爐?對許多工程師來說,他們可能就是搞不懂「為什麼PCB過期超過保存期限後就一定要先烘烤才能打SMT過回焊爐呢?」,還是你覺得不管PCB有沒有過期總之先烤了再說?哪你知道PCB過期後為何需要烘烤?PCB烘烤又有那些限制?

(對於大陸那些盜文網站,複製貼上本站文章後,居然還改成自己公司的名字,感到無恥!文章內容部份防止複製編排可能造成您閱讀的不便,請見諒!)

PCB烘烤的主要目的在去濕除潮,除去PCB內含或從外界吸收的水氣,因為有些PCB本身所使用的材質就容易形成水分子,另外,PCB生產出來擺放一段時間後也有機會吸收環境中的水氣,而「水」則是造成PCB爆板(popcorn)或分層(delamination)的主要兇手之一,「水」也是助長氧化的幫凶。







因為當PCB放置於溫度超過100°C的環境下,比如回焊爐、波焊爐、熱風重工或手焊…等製程時,「水」就會變成水蒸氣,然後快速膨脹其體積,當加熱於PCB的速度越快,水蒸氣膨脹的速度也就越快,當溫度越高,則水蒸氣的體積就越大,當水蒸氣形成後無法即時從PCB內層逃逸出來,就很有機會撐脹PCB,尤其在PCB的Z方向(垂直方向)最為脆弱,因為PCB是一層一層疊加起來的,有些時候可能會將PCB的層與層之間的導通孔(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、膨龜、爆板等現象,有時就算PCB外表看不到以上的現象,但其實已經內傷,隨著時間過去反而會造成電器產品的功能不穩定,或發生CAF(微短路)等問題,終至造成產品失效。

建議延伸相關閱讀: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後才能放入烤箱中,然後還得用超過100°C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,一般業界對於PCB烘烤的溫度大多設定在120+/-5°C的條件,以加速並確保水氣真的可以從PCB本體內消除,而後才能上到SMT線貼片打板過回焊爐焊接。

烘烤時間則隨著PCB的厚度與尺寸大小而會有所不同,而且對於比較薄或是尺寸比較大的PCB還得在烘烤後用重物壓著板子,這是為了要降低或避免PCB在烘烤後的冷卻期間因為應力釋放而導致PCB彎曲變形的慘劇發生,因為PCB一旦變形彎曲,在SMT印刷錫膏時就會出現偏移或是厚薄不均的問題,連帶的會造成後面回焊時大量的焊接短路或是空焊等不良發生,PCB變形更可能是BGA焊錫失效的最大兇手。

PCB烘烤的條件設定

目前業界一般對於PCB烘烤的條件與時間設定如下(這些條件一般不適用於OSP表面處理的板子,OSP的烘烤建議要諮詢生產該PCB的供應商):

1.PCB於製造日期2個月內且密封良好,拆封後放置於有溫度與濕度控制的環境(≦30°C/60%RH,依據IPC-1601)下超過5天者,上線前需以120+/-5°C烘烤1個小時。

2.PCB存放超過製造日期2~6個月,上線前需以120+/-5°C烘烤2個小時。

3.PCB存放超過製造日期6~12個月,上線前需以120+/-5°C烘烤4個小時。

4.PCB存放超過製造日期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,日後可能會發生產品功能不穩等品質問題,增加市場返修的機率,而且生產的過程還有爆板及吃錫不良等風險。如果不得不使用,建議要先以120+/-5°C烘烤6個小時,大量產前先試印錫膏投產幾片確定沒有焊錫性問題才繼續生產。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,業界的保存期限為12個月,過了這個時效,視其沉金層的厚度與品質而定,厚度如果較薄者,其鎳層可能會因為擴散作用而滲出於金層表面並形成氧化,會嚴重影響焊接的信賴度,不可不慎。
如果是OSP板子,其保存期限更短到只有3~6個月,因為OSP膜會降解,雖然可以送回板廠洗掉OSP膜再重新上膜處理,但重工一般容易出現不可預期的品質問題,化學藥水也容易損傷銅面,尤其是細小的線路或小焊盤。

5.所有烘烤完成的PCB必須在5天內使用完畢,未加工完畢的PCB上線前必須重新以120+/-5°C再烘烤1個小時。OSP建議一定要在24小時內用完,而且越早越好。

PCB烘烤時的堆疊方式

1.大尺寸PCB烘烤時,採用平放堆疊式擺放,建議一疊最多數量建議不可超過30片,烘烤完成10鐘內需打開烤箱取出PCB並平放使其冷卻,烘烤後需壓防板彎治具 。大尺寸PCB不建議直立式烘烤,容易板彎。

2.中小型PCB烘烤時,可以採用平放堆疊式擺放,一疊最多數量建議不可超過40片,也可以採直立式,數量不限,烘烤完成10鐘內需打開烤箱取出PCB平放使其冷卻,烘烤後需壓防板彎治具。

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°C。早期某些含鉛的PCB之Tg點比較低,現在無鉛PCB的Tg大多在150°C以上。

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。如果暴露於車間時間過久,則必須重新烘烤。

3.烤箱記得要加裝抽風乾燥設備,否則烤出來的水蒸氣反而會留存在烤箱內增加其相對濕度,不利PCB除濕。

4.以品質觀點來看,使用越是新鮮的PCB焊錫過爐後的品質就越好,過期的PCB即使拿去烘烤後才使用還是會有一定的品質風險。

(對於大陸那些盜文網站,複製貼上本站文章後,居然還改成自己公司的名字,感到無恥!文章內容部份防止複製編排可能造成您閱讀的不便,請見諒!)

工作熊個人對PCB烘烤的建議:

1. 工作熊個人建議只要使用105+/-5°C的溫度來烘烤PCB就好了,因為水的沸點是100°C,只要超過其沸點,水就會變成水蒸氣,因為PCB內含的水分子不會太多,所以並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,對品質其實非常不利,尤其對多層板及有埋孔的PCB,105°C剛剛好高於水的沸點,溫度又不會太高,不僅可以除濕又可以降低氧化的風險。況且現在烤箱的溫度控制能力已經比以前提升不少。當然,如果你無法確認你的烤箱的能力,那你還是把溫度稍微調高一點吧。只是,溫度越高對PCB的品質絕對不是好事情。
另外,如果是比較厚的PCB,可以酌情升高烘烤溫度以逼出PCB深層的水分子。
想進一步瞭解PCB烘烤資訊的朋友可以閱讀工作熊關於烘烤的相關文章,或是查閱IPC-1601以獲得最新工業標準的資訊。

2. PCB是否需要烘烤,應該要看其包裝是否已經受潮,也就是要觀察其真空包裝內的 HIC (Humidity Indicator Card,濕度指示卡) 是否已經顯示受潮,如果包裝良好,HIC如果沒有指示受潮其實是可以直接上線不用烘烤的。

3. PCB烘烤時建議採用「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內被烤出來。但是對於大尺寸的PCB可能得考慮直立式是否會造成板彎變形問題。

4. PCB烘烤後建議放置於乾燥處並使其快速冷卻,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,而且越高溫度及烘烤越久越不利。
建議閱讀:PCB烘烤的迷思:PCB上線前烘烤可以增加焊錫性嗎?

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°C的溫度烘烤,且最好不要超過2個小時,烘烤後建議務必在24小時內用完。
現在已經有新款的OSP化學劑聲稱可以承受高溫烘烤而不變質的產品,建議可以詢問自己的PCB供應商,看看他們家的OSP板子能否烘烤?可以烘烤多少°C?

3.烘烤可能對IMC的長成發生不良的影響,尤其是對HASL(噴錫)、ImSn(化學錫、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(光板/空板/裸版)階段就已經生成,也就是說以上表面處理的PCB在焊錫前早已經生成IMC,烘烤反而會增加這層已生成IMC的厚度,太厚的IMC將會造成信賴性問題。


延伸閱讀:
封裝濕敏零件烘烤常見問題整理
電路板PCB板材的結構與功用介紹
IPC-JEDEC-J-STD-033 濕敏零件的烘烤條件
防潮與除濕有何不同?比較防潮箱與除濕機的效果

 
 
訪客留言內容(Comments)

濕度指示卡,在PCB有正常型,48小時就1-2變色受潮,有半敏感型 撐住2-3個月最多1-2變色,有完全不敏感型的,永不變色…基本上參考價值不高(真探究還在PCB最終烘乾及保存環境及時間),用包裝格式氣泡布或真空包裝及時間定義即可.

150°C/4hours。OSP膜的多層PCB;這是我這裡執行的;

熊大,
若在使用中筆電的主機板懷疑是濕氣造成故障,可用相同方法除濕嗎?

小何,
你所提的是個有趣的話題。
因為牽涉到整機烘烤的問題,所以必須先考慮烘烤溫度是否對整機的材料會造成何種影響。
一般來說整機烘烤溫度都不宜超過60 °C,這樣的溫度只能算低溫烘烤,因為超過這個溫度後許多的塑膠及材料會開始加速形變。不過實際上還是得以個別產品的材料而定。
但是這種烘烤溫度,老實說對已經凝結成水的效果並不好,需要花很長的時間才會烤乾。
我猜你的問題應該是筆記本電腦進水,水如果處於密閉空間內,低溫烘烤的效果除溼的效果會更差。
所以,最好的方法是拆開筆記本電腦,然後將看得到的水或溶液擦乾,然後再將以拆開的部件做低溫烘烤。
建議你可以參考一下這篇文章:防潮與除濕有何不同?比較防潮箱與除濕機的效果

熊大:
关注您的部落格已经有一段时间了.
我不能代表中国大陆的其他人.但是,仅个人角度,对于您上文提到的,大陆有 人转载您辛苦写出的文章后更换成自己公司的内容一事,确实感到很无语.也很脸红.(确实我在网路搜索时看到不止一个….)
您的文章一向通俗易懂,贴近实战.让我获益良多.再次感谢您的分享.
今天有个困惑希望得到您的协助回复.
4层板,交付客户已经超出一年.客户SMT后出现爆板.比例高达80%.
分析过PCB制程,材料等环节, 未发现异常.(同样制程和材料,不同date code的产品无异常).我们初步判断是时间太长,PCB吸湿导致的.
对此情况,按照您文章中提过的烘板方法,我们会去做验证是否可以继续投入使用.
疑问是:PCB吸水后Tg下降,烤板后Tg恢复正常值.
这句话正确吗?

Joy,
關於你的疑問『PCB吸水后Tg下降,烤板后Tg恢复正常值』,建議你參考【PCB爆板的真因剖析與防止對策】一文,應該就有答案了。


訪客留言注意事項:
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 歡迎您訂閱本部落格的最新文章,當有新文章時會主動以電子郵件通知你。

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)