【技术】有效防止PCB爆炸分层——PCB烘烤原因、条件及方法介绍

时间： 2021-08-14 来源：金倍克

烘烤PCB的主要目的是除湿防潮，去除PCB中含有的水分，因为一些PCB本身使用的材料容易形成水分子。此外，PCB在生产和放置一段时间后会吸收环境中的水分，而水是PCB爆炸板或分层的主要诱因之一。

原因是由于PCB被放置在100℃以上的环境中，例如，在回焊炉、波焊炉、热空气平整或手工焊接过程中，水会变成蒸汽，然后体积迅速膨胀。当加热PCB的速度越快时，水蒸气膨胀会更快；温度越高，水蒸气体积越大；当水蒸气不能从PCB中立即散出时，就会将PCB撑胀。特别是PCB的Z方向最脆弱，有时PCB的层与层之间的导通孔（via）会断裂，有时PCB的层之间会分离，甚至PCB的外层都会出现气泡、膨胀、爆板等现象。即使有时候PCB的外观看不到上述现象，它实际上是内部已经造成影响。随着时间的推移，它会导致电器产品功能不稳定或发生CAF等问题，最终导致产品故障。

事实上，PCB烘烤程序相当麻烦。烘烤时，必须将原始包装拆除后才能放入烘箱，烘烤必须超过100℃，但温度不能太高，以免烘烤过程中水蒸气过度膨胀而使PCB受损。

一般情况下对PCB烘烤的温度在120±5℃，以确保在PCB本体中真正消除水气后，才能上SMT打板过回焊炉焊接。烘烤时间根据板子的厚度和大小而不同。此外，对于较薄或较大的PCB，烘烤后必须用重物压板，以减少或避免PCB在烘烤后冷却过程中因应力释放而导致的PCB弯曲变形。因为PCB一旦变形弯曲，SMT印刷锡膏时会出现偏移或厚度不均匀的问题，导致后回焊时大量焊接短路或空焊等不良现象。

当前行业对PCB烘烤的条件和时间设置如下：

· PCB在生产日期2个月内密封良好，开封后置于温湿度控制环境中（≤30℃/60％相对湿度，基于IPC-1601）超过5天的情况下，需以120±5℃烘烤1个小时

· PCB储存超过制造日期2~6个月，上线前应在120±5℃烘烤2小时。

· PCB储存时间超过6~12个月，上线前需要在120±5℃烘烤4小时。

· PCB存放期超过12个月，一般不推荐使用，因为多层板的胶合强度会随着时间的推移而老化，可能会出现产品功能不稳定等质量问题，增加市场维修的概率。如需使用，建议先在120±5℃烘烤6小时，大量生产前先试印几片锡膏，确认无焊锡性问题后再继续生产。另一个不建议使用储存时间过长的PCB，因为它的表面处理会随着时间的推移而逐渐失效。就ENIG而言，一般保存期为12个月。过期后则取决于其沉金层的厚度，较薄的情况下镍层可能由于扩散而出现在金层中，从而形成氧化。

· 所有烘焙过的PCB必须在5天内用完，未加工好的PCB必须在投入使用前再次烘烤120±5℃1小时。

PCB烘烤时的堆叠方式：

· 烘烤大尺寸PCB时，应平放堆叠摆放。建议最多一叠不超过30片。烘烤后10分钟内打开烤箱取出PCB，平放冷却。烘烤后，需要压制防板弯曲工具。大尺寸的PCB不推荐直立式烘烤的方法，因为会容易弯。

· 烘烤中、小尺寸PCB时，应平放堆叠摆放。推荐最大叠数不超过40片，也可直立。无数量限制。烤制完成后，需在10分钟内打开烤箱，取出PCB，放平冷却。烘烤后，需要压制防板弯曲工具。

PCB烘烤注意事项：

· 烘烤温度不能超过PCB的Tg点，一般要求不超过125℃。早期含铅的PCB的Tg点数较低，目前无铅PCB的Tg均超过150℃。

· 烘干后的PCB应该尽快用完。如果没有，应尽快重新真空包装。如长期暴露在车间内，必须重新烘烤。

· 烤箱里安装吹风干燥设备。否则烘烤形成的水蒸气反而会留在烤箱里提高相对湿度，不利于PCB的除湿。

· 使用越新鲜的PCB焊锡过炉后，质量越好。即使过期的PCB在烘烤后使用，仍然存在一定的质量风险。

· PCB烘烤时，一般建议采用105±5℃烘烤PCB，因为水的沸点为100℃，只要超过它的沸点，水就会变成蒸汽。由于PCB中包含的水分子不会太多，因此温度不需要太高来提高其气化速率。

· 气温过高或气化速度过快反而容易使水蒸气迅速膨胀，对品质不利，特别是多层板和有孔隙的PCB，105℃刚升至水的沸点以上，温度就不会太高，可除湿又能降低氧化风险。此外，现在烤箱的控温能力也比以前提高了不少。

· PCB是否需要烘烤取决于包装是否潮湿，也就是说，有必要观察真空包装中的HIC是否已经潮湿。如果包装良好，HIC不指示潮湿，实际上可以直接上线，不需要烘烤。

· PCB烘烤时，建议采用直立有间隔烘烤，因为这样热空气对流效果最大，水分更容易从PCB中烘烤。然而，对于大型PCB，有必要考虑直立式是否会导致板弯变形。

· 建议将PCB烘烤后放置在干燥的地方并快速冷却。最好在板材的上部按下防板弯曲工具，因为一般物体在从高热到冷却的过程中容易吸收水分，但快速冷却可能会导致板材弯曲，从而达到平衡。

PCB烘烤影响：

· 烘烤会加速PCB表面涂层的氧化，烘烤时间越高越不利。

· 由于OSP膜温度过高会降解或失效，建议不要对OSP表面的PCB进行高温烘烤。如果需要烘烤，建议在105±5℃以下的温度进行烘烤，时间不超过2小时，建议在24小时内完成。

· 烘烤可能影响生成IMC的效果，尤其是对HASL（喷锡）、ImSn（化学锡、浸镀锡）表面处理的板子，其IMC层（铜锡化合物）实际上是在PCB阶段就生成的，而烘烤反而增加了IMC的厚度，引起了可靠性问题。

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