PCB烘烤时的堆叠方式和注意事项

你知道“为什么PCB过期超过保存期限后一定要先烘烤才能SMT过回焊炉”吗？   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爆板的真因剖析与防止对策

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。    

编辑：黄飞