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PCB爆板的真因剖析與防止對策

發(fā)布時間 :2016-06-15 09:53 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
PCB爆板的真因剖析與防止對策
 
PCB電路板會發(fā)生爆板(popcorn)或分層(Delamination)的主要原因不外乎一板材吸水二α2/z-CTE太大這兩大類,而「板材吸水」所造成的爆板更占了70%的不良,其他原因如PCB結構之漲縮不均,冷熱不均、制程受傷與黑化不良…等雖然也不能排除其可能性,但其比率都不太高就是了。
 
為什么「水」是造成PCB爆板的主要原因?
「水」在100°C以下的時候?qū)Ρ宓挠绊懖淮蟆?/div>
當溫度超過100°C后,「水」就會成為樹脂的可塑劑。 
樹脂吸水較多時Tg會下降(△Tg應該小于5°C)且橡膠態(tài)會提早到來,將引發(fā)板材Z方向瞬間腫脹(Swelling)而快速開裂(100°C~Tg之間最容易發(fā)生),參考文章最前面的圖表,水蒸氣超過100°C后的氣壓(psi)將成等比級數(shù)增加。 
通常板材的X與Y之CTE(膨脹系數(shù))較穩(wěn)定,約在15~16ppm/°C之間。另外,板材內(nèi)的隱性水份也會變成樹脂的可塑劑,與外部的水份一起助紂為虐。
當樹脂溫度超過Tg點之后,就會轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài),這時候「水」份對爆板已經(jīng)轉(zhuǎn)變成為配角,而且這時候的水份也大多已經(jīng)該變成水蒸氣蒸發(fā)掉了,再說橡膠態(tài)是軟的,也不容易有爆板才對。
 
PCB的「水」從哪里來?
既然「水」對爆板這么重要,那我們得好好研究一下水從哪里來,就我們普遍的了解與認知,大部分的「水」可能都來自于外界,可能是在PCB制程時吸入附著,或是PCB存放時從環(huán)境中逐漸擴散(Diffusion)進入;但板材內(nèi)部結構容易藏水也是可能的原因之一;另外一個你可能想不到的,PCB樹脂的分子式里也藏著水分子,加熱之后會自行產(chǎn)生水分。所以總結板材吸「水」及藏水處有:
樹脂分子本身具有的結構水(樹脂分子結構遠本具極性(polarity)處已經(jīng)隱含水分子,只要化學式中含有OH就有機會形成水)。
樹脂與玻璃纖維介面處容易藏水(板材使用一條樹脂與一條玻璃纖維用經(jīng)緯編織而成,如果編織不夠密實,就會有縫隙,一般建議選用低透氣率的扁纖布比較不易藏水)。
樹脂與銅箔介面處也容易藏水。
板材的空洞處會藏水。
 
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內(nèi)的水分去除應該就可以解決大部分的爆板問題了,而【烘烤】則是去除PCB外部水份的最佳方法。既然烘烤的目的是在去除水份,所以烘烤的條件最好要符合下面的要求:
烘烤的溫度加熱到100°C以上一點點的地方(建議105°C,因為烤箱的溫度會有誤差),讓水份可以變成水蒸氣可以比較容易散發(fā)掉。
烘烤時最好把每片板子分開來擺放,這樣水分才比較容易揮發(fā)掉。如果PCB重迭在一起,水份將無法有效逸出。
烤箱一定要有排氣裝置,否則烘烤時烤箱內(nèi)全都是水蒸氣也沒有用。
 
從PCB板材的選擇及制程就開始管控吸水的條件
雖然烘烤是改善爆板的最佳方法,但是烘烤不但浪費時間,也浪費設備與人力,而且PCB烘烤之后Tg值會下降也是問題,比較好的方法是從PCB板材的選擇及制程就開始管控吸水的條件。
1. 板材本身如果有極性,就容易吸水。盡量選用不會吸水的樹脂來防止板材吸水。
2. 可以選用開(扁)纖布。減少樹脂與玻璃纖維介面的空隙,以降低容易藏水的可能性。(下面的圖片只是示意圖,并不是真正的玻纖布,基本上由經(jīng)緯兩股材料交錯編織而成,經(jīng)緯的交錯間如果有空隙,就容易藏水分,所以一般會以透氣性來檢查其密合度,密合度越好,透氣度越小,越不容易藏水,對高頻的電路板也比較沒有耗損及訊號不等一的問題。) 
圖片只是示意圖,并不是真正的玻纖布,基本上由經(jīng)緯兩股材料交錯編織而成,經(jīng)緯的交錯間如果有空隙,就容易藏水分,所以一般會以透氣性來檢查其密合度。
圖片只是示意圖,并不是真正的玻纖布,基本上由經(jīng)緯兩股材料交錯編織而成,經(jīng)緯的交錯間如果有空隙,就容易藏水分,所以一般會以透氣性來檢查其密合度。
3. PCB壓合過程管控。PCB完成壓合與后烘烤的多層板,可以取試樣以相同方法、相同機臺量測兩次Tg值;凡Tg2-Tg1之△Tg超過2~3°C者(按不同板材而有異),即表示壓合制程之固化反應(Hardening含聚合與交聯(lián))還不到位,此等未熟化之板類將容易吸水,也容易發(fā)生爆板。
4. 按TM-650試驗手冊2.4.24.1節(jié)TMA法去量測問題板之Tg值,并與供應商之規(guī)格值對比。凡實測值低于規(guī)格值5°C以上者,即表示問題板已存在吸水的病灶。樹脂中的水分形同可塑劑,不但會拉低Tg,還會讓橡膠態(tài)提早到來。
5. 存放超過三個月的多層PCB,可能會出現(xiàn)應力(來自壓合)集中行為以及吸水之事實(會增大Z脹)。需執(zhí)行焊前烘烤(105°C+24小時)之防爆措施,或利用矯平機50片手機板一迭在氮氣中185°C+70PSI壓烤2小時。客戶端超過三個月的板類先烘烤再焊者將可減少爆板,烘烤不但增加成本且對OSP也不利。烘烤時需單片分開烘烤,以利水分充分排出。


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