干货分享丨PCBA焊接中常见PCB爆板的预防及改善措施！

    

     

      
       

        
         

          

           

            

             
                        

                         

                          
                           

                            
                             

                              
                                   

                                    

                                     
                                      

                                       
                                        

                                         
PCB（ Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。


                                            

                                             
                                            
                                            

                                             PCB(printed circuit board)即印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、智能手机，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元件，为了使各个元件之间的电气互连，都要使用印制板。印制线路板由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。
                                            
                                            

                                             电子产品可靠性核心是印制电路板组件 PCBA，而印制电路板 PCB 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已成为电子产品最重要、最关键的部件，其质量的好坏与可靠性水平将决定整机设备的质量与可靠性。
                                            
                                            

                                             
                                            
                                            

                                             随着电子产品向多功能、高密度、微型化、三维等方向发展，大量微型器件得以越来越多地应用，这就意味着单位面积的器件I/O越来越多，发热元件也会越来越多，散热需求越来越重要，同时因众多材料CTE不同而带来的热应力翘曲变形使得组装失效风险越来越大，随之而来的电子产品的早期失效概率也会越来越大。
                                            
因此，PCBA的焊接可靠性变得越来越重要了。随着科学技术的发展和电子产品的更新换代，避免PCB爆板就变成了一个非常重要的过程，那么就让小编来为大家介绍一下PCB线路板爆板的成因与解决方案！
                                            

                                             
                                            


                                            

                                             SMT电子加工焊接中的爆板是PCB生产里比较常见的品质问题，它出现于PCB制造与装配过程。
                                            
                                            

                                             

                                            
                                            

                                             PCB爆板指覆铜板在PCBA线路板加工过程，因受热或机械作用，而出现铜箔起泡，基板起泡、分层；或PCBA成品板在浸焊锡，波峰焊或回流焊等热冲击时，出现铜箔起泡，线路脱落，基板起泡、分层等现象，统称为爆板。
                                            
                                            

                                             

                                            
                                            

                                             
                                            
                                            

                                             

                                            
                                            

                                             产生爆板原因， 归根结底，主要是基板耐热性不足，或PCB内部产生不同压力，使层间出现分离现象，如操作温度偏高或受热时间偏长受到热冲击等。
                                            
                                            

                                             
                                             
                                            
                                            

                                             

                                            
                                            

                                             
                                            
                                            

                                             而压力的产生大致可分为两种情况：
                                            


                                            

                                             1.PCB 吸湿，高温下水分蒸发，内部产生不同压力
                                            
                                            

                                             2.在焊接过程中，温度不均匀，传热不均匀，元器件和构成PCB 的复合材料热膨胀系数不一致，在PCB 内部产生不同压力
                                             
                                            
                                            

                                             
                                            
                                            

                                             目前业界普遍所说的爆板是指分层和起泡。起泡与分层的区别为，起泡在板表面上看出“隆起”，而分层只在板表面上看出“泛白”，但不出现“隆起”现象。在严重情况下，两种情况会同时存在于同一板上。
                                            
                                            

                                             

                                            
                                            

                                             
                                             
                                            
                                            

                                             

                                              
                                              
                                             
                                            
                                        
                                      
                                    
                                   
                             
                           
                         
                        
            
           
          
         
       
     
    

   为什么要烘烤PCB？  

      怎样才能烤出PCB的好品质     

 

PCB烘烤的主要目的在去湿除潮，除去PCB内含或从外界吸收的水气，因为有些PCB本身所使用的材质就容易形成水分子。

另外，PCB生产出来摆放一段时间后也有机会吸收到环境中的水气，而水则是造成PCB爆板(popcorn)或分层(delamination)的主要凶手之一。

 

因为当PCB放置于温度超过100℃的环境下，比如回焊炉、波焊炉、热风平整或手焊等制程时，水就会变成水蒸气，然后快速膨胀其体积。

当加热于PCB的速度越快，水蒸气膨胀也会越快；当温度越高，则水蒸气的体积也就越大；当水蒸气无法即时从PCB内逃逸出来，就很有机会撑胀PCB。

尤其PCB的Z方向最为脆弱，有些时候可能会将PCB的层与层之间的导通孔(via)拉断，有时则可能造成PCB的层间分离，更严重的连PCB外表都可以看得到起泡、膨胀、爆板等现象；

有时候就算PCB外表看不到以上的现象，但其实已经内伤，随着时间过去反而会造成电器产品的功能不稳定，或发生CAF等问题，终至造成产品失效。

PCB烘烤的程序其实还蛮麻烦的，烘烤时必须将原本的包装拆除后才能放入烤箱中，然后要用超过100℃的温度来烘烤，但是温度又不能太高，免得烘烤期间水蒸气过度膨胀反而把PCB给撑爆。

一般业界对于PCB烘烤的温度大多设定在120±5℃的条件，以确保水气真的可以从PCB本体内消除后，才能上SMT线打板过回焊炉焊接。

烘烤时间则随着PCB的厚度与尺寸大小而有所不同，而且对于比较薄或是尺寸比较大的PCB还得在烘烤后用重物压着板子，这是为了要降低或避免PCB在烘烤后冷却期间因为应力释放而导致PCB弯曲变形的惨剧发生。

因为PCB一旦变形弯曲，在SMT印刷锡膏时就会出现偏移或是厚薄不均的问题，连带的会造成后面回焊时大量的焊接短路或是空焊等不良发生。

PCB烘烤的条件设定

目前业界一般对于PCB烘烤的条件与时间设定如下：

1、PCB于制造日期2个月内且密封良好，拆封后放置于有温度与湿度控制的环境(≦30℃/60%RH，依据IPC-1601)下超过5天者，上线前需以120±5℃烘烤1个小时。

2、PCB存放超过制造日期2～6个月，上线前需以120±5℃烘烤2个小时。

3、PCB存放超过制造日期6～12个月，上线前需以120±5℃烘烤4个小时。

4、PCB存放超过制造日期12个月以上，基本上不建议使用，因为多层板的胶合力可是会随着时间而老化的，日后可能会发生产品功能不稳等品质问题，增加市场返修的机率，而且生产的过程还有爆板及吃锡不良等风险。如果不得不使用，建议要先以120±5℃烘烤6个小时，大量产前先试印锡膏投产几片确定没有焊锡性问题才继续生产。

另一个不建议使用存放过久的PCB是因为其表面处理也会随着时间流逝而渐渐失效，以ENIG来说，业界的保存期限为12个月，过了这个时效，视其沉金层的厚度而定，厚度如果较薄者，其镍层可能会因为扩散作用而出现在金层并形成氧化，影响信赖度，不可不慎。

5、所有烘烤完成的PCB必须在5天内使用完毕，未加工完毕的PCB上线前必须重新以120±5℃再烘烤1个小时。

 

PCB烘烤时的堆叠方式

1、大尺寸PCB烘烤时，采用平放堆叠式摆放，建议一叠最多数量建议不可超过30片，烘烤完成10钟内需打开烤箱取出PCB并平放使其冷却，烘烤后需压防板弯治具 。大尺寸PCB不建议直立式烘烤，容易弯。

2、中小型PCB烘烤时，可以采用平放堆叠式摆放，一叠最多数量建议不可超过40片，也可以采直立式，数量不限，烘烤完成10分钟内需打开烤箱取出PCB平放使其冷却，烘烤后需压防板弯治具。

PCB烘烤时的注意事项

1、烘烤温度不可以超过PCB的Tg点，一般要求不可以超过125℃。早期某些含铅的PCB的Tg点比较低，现在无铅PCB的Tg大多在150℃以上。

2、烘烤后的PCB要尽快使用完毕，如果未使用完毕应尽早重新真空包装。如果暴露于车间时间过久，则必须重新烘烤。

3、烤箱记得要加装抽风干燥设备，否则烤出来的水蒸气反而会留存在烤箱内增加其相对湿度，不利PCB除湿。

4、以品质观点来看，使用越是新鲜的PCB焊锡过炉后的品质就越好，过期的PCB即使拿去烘烤后才使用还是会有一定的品质风险。

对PCB烘烤的建议

1、建议只要使用105±5℃的温度来烘烤PCB就好了，因为水的沸点是100℃，只要超过其沸点，水就会变成水蒸气。因为PCB内含的水分子不会太多，所以并不需要太高的温度来增加其气化的速度。

温度太高或气化速度太快反而容易使得水蒸气快速膨胀，对品质其实不利，尤其对多层板及有埋孔的PCB，105℃刚刚好高于水的沸点，温度又不会太高，可以除湿又可以降低氧化的风险。况且现在的烤箱温度控制的能力已经比以前提升不少。

2、PCB是否需要烘烤，应该要看其包装是否受潮，也就是要观察其真空包装内的 HIC (Humidity Indicator Card，湿度指示卡) 是否已经显示受潮，如果包装良好，HIC没有指示受潮其实是可以直接上线不用烘烤的。

3、PCB烘烤时建议采用「直立式」且有间隔来烘烤，因为这样才能起到热空气对流最大效果，而且水气也比较容易从PCB内被烤出来。但是对于大尺寸的PCB可能得考虑直立式是否会造成板弯变形问题。

4、PCB烘烤后建议放置于干燥处并使其快速冷却，最好还要在板子的上头压上「防板弯治具」，因为一般物体从高热状态到冷却的过程反而容易吸收水气，但是快速冷却又可能引起板弯，这要取得一个平衡。

 

PCB烘烤的缺点及需要考虑的事项

1、烘烤会加速PCB表面镀层的氧化，而且越高温度烘烤越久越不利。

 

2、不建议对OSP表面处理的板子做高温烘烤，因为OSP薄膜会因为高温而降解或失效。如果不得不做烘烤，建议使用105±5℃的温度烘烤，不得超过2个小时，烘烤后建议24小时内用完。

3、烘烤可能对IMC生成产生影响，尤其是对HASL(喷锡)、ImSn(化学锡、浸镀锡)表面处理的板子，因为其IMC层(铜锡化合物)其实早在PCB阶段就已经生成，也就是在PCB焊锡前已生成，烘烤反而会增加这层已生成IMC的厚度，造成信赖性问题。