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[经验] PCB裸板烘干除潮形变(平面度)如何控制?

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2022-10-25 11:03:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
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        PCB裸板长期存放由于应力、温度变化导致的板面弯曲、变形,烘干除潮过程中PCB裸板的多层不同材质结构应力在温度作用下形变及残存应力等均会使PCB裸板的平面度无法保证。电子行业标准要求PCB裸板保证平面度是应为:采用自动化焊膏印刷及贴片的设备对PCB裸板平面度要求较高,因PCB裸板一旦产生翘曲形变对焊膏印刷压力控制、贴片精度及焊接可靠性将无法保证。尤其注意近年来一些典型案例表明,这种板面翘曲甚至对PCB裸板自身线路连接产生应力损伤(内部蚀刻线路断路),这种内部线路损伤在制造过程甚至调试阶段都难以发现。  
        采取设备焊接工艺时或PCB存放在相对湿度大于70%~80%的工作场地时,装焊前无论是设备焊接还是手工焊接都必须进行去湿预烘处理,对于未拆封的原包装裸板可不进行预烘处理。
    烘干除潮必要性4.png
    烘干除潮必要性5.png 烘干除潮必要性6.png
           组件板面形变及器件损伤
        PCB的去湿需要釆用阶梯式缓慢升温(梯度升温),而不是急速升温。这不仅仅是为了顺应环氧树脂对水分子的释放特性,更重要的是为了避免急速升温造成PCB翘曲。同样,经过烘板排潮完毕以后,板子的降温也必须釆用缓慢降温(斜度降温)的方式,以避免“急冷”在PCB基材内部形成局部应力,从而导致板子翘曲。PCB经过高温烘烤,特别是烘烤温度接近或超过基材的玻璃态转化温度(Tg)后,基材中的树脂处高度柔软的弹性状态,此时,如果采用急速冷却,板面有、无铜箔电路(或板芯内层电路)的环氧玻璃布绝缘基材之间,经历的降温速度就会产生较大的差异。这种降温速度差,会使烘烤过程中已经软化了的树脂,在有和无铜箔部位的冷却硬化速度不一致,从而形成局部应力。取板操作时烘箱温度与室温之间的温差越大,降温速度差异导致的这种应力也会越大,板面翘曲的后果也越严重!因此,PCB裸板在实验烘箱内必须采用缓慢或自然降温,待温度降至60C以下后,方可取出。
        仅就排除潮气而言,PCB组件制造过程不建议把烘板的温度提升到基板的玻璃态转化温度(Tg)或125℃以上,除非需要在排潮烘板的过程中,同时去除板子内的残余应力。通常,去应力烘板必须将温度提升到基板(例如环氧玻璃布层压板)的Tg温度再加20℃以上的范围内,并严格执行梯度升温(有恒温平台)和斜度(℃/min)降温(不需要设置恒温平台)的操作规范。如果板子有轻度翘曲需要在去应力烘板过程中加以校平,还必须对板子作平放加压,或使用夹持工装压紧。显然,“去应力”烘板,也同时就完成了“排潮”烘板。
        通常,我们把Tg≤130℃的印制板基材称作低Tg板;把Tg=150℃±20℃的印制板基材称作中Tg板;把Tg≥170℃的印制板基材称作高Tg板。无论何种类型Tg值的印制板,在其Tg温度以下,由于基材环氧树脂始终保持着坚硬的刚性状态,因而冷却时形成局部内生应力的几率很低,其板子发生翘曲的几率也就很低。高Tg板子不仅吸水率低,而且热膨胀收缩率(CTE)几率也很低。这也正是为什么手机板等高密度印制板(HDI),和芯片封装用印制板(COB)要选用高Tg基材,及高Tg板焊接前很少需要烘板排潮的原因之一。当然,由于手机生产周期短,一般情况下PCB从出厂到完成焊装,大多都在几十个小时以内,“吸潮”的可能性几乎可以忽略不计。

    PCB裸板烘干除潮工艺操作要求:
        去湿预烘必须在焊接前8h内进行,并设置好烘烤温度、升温速率及时间。对这一过程及PCB进出烘箱的温度均应有记录;
        PCB裸板预烘条件:(80~100℃)±5℃,升温速率5℃~10℃/min的烘箱里烘8h±2h,取出时采取烘箱内自然降温至60℃以下方可安全取出。烘烤完成的PCB要求在半个工作日内完成装焊,暂时不能装焊的需包装好保存在干燥柜或防潮功能的包装材料内。
        为消除PCB裸板烘干除潮过程中板面的翘曲、形变,ESD智能分屉式实验级别烘箱配套了PCB裸板专用压板以控制烘干过程板面的形变,其次通过自然降温等工艺措施释放板面残存应力以保证PCB裸板烘干除潮后的板面平面度;对于要求严格的产品,PCB裸板烘烤时必须竖立放置在夹紧装置上,夹紧装置必须能在烘烤周期内为PCB提供足够的支撑,以防止PCB翘曲。

    如何满足批次不同种类元器件不同温度、不同时间安全烘干需求?
        ESD智能分屉式实验烘箱采用单机多温、多屉设计,标准每屉30~40L, 不同零件、组件取放灵活,无干扰;

       不同类型产品可通过分屉计时0~99~999h,复位自动计时、定时声光提示。
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