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更新时间 2022 12-07
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PCB爆板的真因剖析与防止对策

PCB电路板会发生爆板或分层的主要原因不外乎①板材吸水②α2/z-CTE太大这两大类,而“板材吸水”所造成的爆板更佔70%的不良,其他原因如PCB结构之涨缩不均,冷热不均、制程受伤与黑化不良…等虽然也不能排除其可能性,但其比率都不太高就是了。

为什么“水”是造成PCB爆板的主要原因?

1,“水”在100°C以下的时候对爆板的影响不大。

2,当温度超过100°C后,“水”就会成为树脂的可塑剂。(可塑剂或称塑化剂,是一种可以增加材料的柔软性或使材料液化的添加剂。当板材分子中夹杂了水分子,就会使得原本板材分子结构变得不再那么紧实,就类似纸张吸水,当水加热变成水蒸气后体积膨胀更撑开板材分子间的距离,使得分子间的结合力降件组织变软)

树脂吸水较多时Tg值会下降且橡胶态会提早到来,将引发板材Z方向瞬间肿胀而快速开裂(100°CTg温度之间最容易发生),水蒸气超过100°C后的气压将成等比级数增加。

通常板材的XY方向之CTE较为稳定,约在1516ppm/°C之间。另外,板材内的隐性水份也会变成树脂的可塑剂,与外部的水份一起助纣为孽。

3,当树脂温度超过Tg点之后,就会转变为橡胶态,这时候“水”份对爆板已经转变成为配角,而且这时候的水份也大多已经改变成水蒸气蒸发掉了,再说橡胶态是软的,也不容易有爆板才对。

pcb电路板

PCB的“水”从哪来?

既然“水”对爆板这么重要,那我们得好好研究一下水从哪来,就我们普遍的瞭解与认知,大部分的“水”可能都来自于外界,可能是在PCB制程时吸入附,或是PCB存放时从环境中逐渐扩散进入;但不要忘了,板材内部结构容易藏水也是可能的原因之一;另外一个你可能想不到的,PCB树脂的分子式也藏水分子,加热之后会自行产生水分。所以总结板材吸“水”及藏水处有:

1,树脂分子本身具有的结构水。

2,树脂与玻璃纤维介面处容易藏水(板材的构成基本上使用一条树脂与一条玻璃纤维用经纬反编织而成,如果编织不够密实,就会有缝隙,一般建议选用低透气率的扁纤布比较不易藏水)。

3,树脂与铜箔介面处也容易藏水。

4,板材的空洞处会藏水。

PCB吸水爆板的改善方案-烘烤

既然“水”是造成PCB爆板的主要原因,所以只要把PCB内的水分去除应该就可以解决大部分的爆板问题了,而【烘烤】就是去除PCB外部水份的最佳方法。既然烘烤的目的是在去除水份,所以烘烤的条件最好要符合下面的要求:

1,烘烤的温度加热到100°C之上一点点的地方,让水份可以变成水蒸气就可以比较容易散发掉。

2,烘烤时最好把每片板子分开来摆放,这样水分才比较容易挥发掉。如果PCB重迭在一起,水份将无法有效逸出。

3,烤箱一定要有排气装置,否则烘烤时烤箱内全都是水蒸气也没有用。

pcb电路板

PCB板材的选择及制程就开始管控吸水的条件

虽然烘烤是改善爆板的最佳方法,但是烘烤不但浪费时间,也浪费设备与人力,而且PCB烘烤之后Tg值会下降也是问题,比较好的方法是从PCB板材的选择及制程就开始管控吸水的条件。

1,板材本身如果有极性,就容易吸水。尽量选用不会吸水的树脂来防止板材吸水。

2,可以选用开()纤布。减少树脂与玻璃纤维介面的空隙,以降低容易藏水的可能性。(基本上由经纬两股材料交错编织而成,经纬的交错间如果有空隙,就容易藏水分,所以一般会以透气性来检查其密合度,密合度越好,透气度越小,越不容易藏水,对高频的电路板也比较没有耗损及讯号不等一的问题。)

3,PCB压合过程管控。PCB完成压合与后烘烤的多层板,可以取试样以相同方法、相同机台量测两次Tg值;凡Tg2-Tg1之△Tg超过23°C者(按不同板材而有异),即表示压合制程之固化反应还不到位,此等未熟化之板类将容易吸水,也容易发生爆板。

3,按试验手册TMA法去量测问题板之Tg值,并与供应商之规格值对比。凡实测值低于规格值5°C以上者,即表示问题板已存在吸水的病灶。树脂中的水分形同可塑剂,不但会拉低Tg,还会让橡胶态提早到来。

4,存放超过三个月的多层PCB,可能会出现应力(来自压合)集中行为以及吸水之事实(会增大Z胀)。需执行炉前预烘烤(105°C+24小时)之防爆措施,或利用矫平机50片手机板一迭在氮气中185°C+70PSI压烤2小时。客户端超过三个月的板类先烘烤再焊者将可减少爆板,烘烤不但增加成本且对OSP也不利。烘烤时需单片分开烘烤,以利水分充分排出。

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