Co je pečení PCB?
Pečení tištěných spojů (PCB) je předúprava k vysušení tištěných spojů a komponent citlivých na vlhkost před montáží PCB, aby uvnitř nebo na povrchu PCB nezůstala žádná vlhkost. Po procesu pečení PCB se v procesu montáže tištěných spojů (PCBA) zabrání defektům pájení, jako je popcornování IC.
Proč musí být dlouho skladované PCB pečeny před SMT?
Hlavním účelem pečení PCB je odstranit vlhkost obsaženou v PCB, protože některé materiály používané v PCB snadno absorbují vodu z vnějšího prostředí. Navíc, když je PCB skladováno po dlouhou dobu, existují příležitosti k absorpci vlhkosti z prostředí a „vlhkost“ je jedním z hlavních viníků, které způsobují popcornování nebo delaminaci PCB. „Vlhkost“ je také spolupachatelem při podpoře oxidace.
Protože když je PCB umístěno v prostředí, kde teplota přesahuje 100°C, jako je reflow pec, pec na vlnové pájení, horkovzdušné přepracování nebo ruční pájení…atd., „vlhkost“ se stane vodní párou a pak rychle expanduje svůj objem, když se zahřeje. Čím rychleji se PCB zahřívá, tím rychleji se vodní pára rozšiřuje. Když je teplota vyšší, objem vodní páry se zvětšuje. Když vodní pára nemůže okamžitě uniknout z vnitřní vrstvy PCB po jejím vytvoření, má dobrou šanci ji podporovat. Rozšiřování PCB, zejména ve směru Z (vertikální směr) PCB je nejzranitelnější, protože PCB je vrstvené vrstvu po vrstvě, někdy mohou být průchody mezi vrstvami PCB vytrženy a někdy to může způsobit oddělení mezi vrstvami PCB. Ještě vážněji, dokonce i vzhled PCB může vykazovat puchýře, boule, praskliny a jiné jevy. Někdy i když výše uvedený jev není viditelný na povrchu PCB, byl interně poškozen. To způsobí nestabilní funkce elektrických produktů nebo problémy jako CAF (mikro zkrat), což nakonec povede k selhání produktu.
Dodržujeme následující postup pro proces pečení:
Desky umístíme odděleně od sebe do pece, používáme stojany, abychom se vyhnuli stohování a vertikální poloze
Pro desky Rigid-Flex PCB doba pečení závisí na tloušťce PCB a látce PCB
1. PCB s tloušťkou až 1,0 mm udržujeme v peci minimálně 2 hodiny při 120°C
2. PCB s tloušťkou až 1,8 mm udržujeme v peci minimálně 4 hodiny při 120°C
3. PCB s tloušťkou až 4,0 mm udržujeme v peci minimálně 6 hodin při 120°C
4. PCB vyrobené z polyimidu/Thermount, všechny tloušťky PCB jsou udržovány v peci minimálně 6 hodin při 135°C
Proces pro Rigid PCB pro různé povrchové úpravy
Pro HASL, bezolovnaté HASL a ENIG
1. Všechny tloušťky PCB jsou udržovány v peci minimálně 2 hodiny při 120°C
Doba mezi pečením a pájením závisí na skladovacích podmínkách. Při 50% relativní vlhkosti je doporučená doba držení maximálně 8 hodin. Pokud jsou desky udržovány v peci při 35°C, pak může být doba držení delší než obvyklá doba.
Potřebují všechny komponenty být pečeny?
Nejběžnější průmyslový standard (J-STD-033), který upravuje postupy a procesy pro manipulaci s zařízeními citlivými na vlhkost (MSD), může být obtížné pochopit. V důsledku toho jsou často implementovány postupy, které mají tendenci chybovat na konzervativní straně, a výrobci často předpokládají, že je lepší být v bezpečí než litovat. Jedním z nejjednodušších způsobů, jak být „v bezpečí“ než „litovat“, je pečení všech MSD.
Tradičně bylo pečení považováno za všelék na různé problémy s pájením. Nicméně v několika situacích tomu tak jednoduše není. Mnoho tepelných procesů je vyžadováno (vytvrzování, odpařování rozpouštědel atd.) v procesu výroby komponentů. Většina komponent by neměla vyžadovat žádné další pečení mezi dobou, kdy jsou vyjmuty z výrobního vaku s bariérou proti vlhkosti (MBB) a kdy jsou pájeny. Existují pouze dva důvody, proč vyžadovat pečení MSD po vyjmutí z MBB:
1. MSD má úroveň citlivosti na vlhkost (MSL) 6. Toto je nejvyšší (nejhorší) specifikace komponentu MSL k dnešnímu dni a J-STD-033 (v tabulce 5-1) uvádí, že pečení je povinné a tyto komponenty musí být poté pájeny v časovém limitu uvedeném na štítku výrobce. Pro tato zařízení je pečení nutností. Nicméně aplikace tohoto procesu na všechny MSD jen pro bezpečnost je přehnaná, protože se týká pouze komponentů MSL 6
2. MSD překročilo svou podlahovou životnost. To se může stát z mnoha důvodů, ale často je výsledkem vyhnutelných situací:
I. Je vyžadován nákup plných cívek MSD a části zůstávají.
II. Zpomalení výroby nebo spěšné zakázky způsobují, že MSD zůstávají na podlaze déle, než bylo plánováno.
III. Postupy manipulace s MSD nejsou dodržovány nebo jsou zapomenuty.
IV. MBB je rozbitý nebo poškozený a/nebo karta indikátoru vlhkosti (HIC) uvnitř MBB naznačuje nadměrné vystavení vlhkosti.
V. MSD mohly být přijaty v neznámém stavu od dodavatele nebo zákazníka.
S dobře provedenými postupy manipulace a kvalitou, suchá atmosférická skříň udržující úrovně relativní vlhkosti (RH) na 5% nebo nižší a ne více než 30˚C, většina těchto situací je vyhnutelná.
Pokud důvody pro pečení MSD nejsou jedním ze dvou výše uvedených důvodů, rozhodnutí o pečení by mělo být analyzováno. Je to vyžadováno nebo je to jen implementováno pro bezpečnost než litovat? Kromě dvou výše uvedených důvodů nebo specifického požadavku zákazníka by se pečení mělo vyhnout, kdykoli je to možné. Zbytečné pečení plýtvá časem, penězi a energií a pouze snižuje spolehlivost a kvalitu MSD. Zde je několik důvodů, proč by se pečení mělo vyhnout:
I. Pečení MSD může trvale poškodit plastovou pásku a cívky, nosiče, nosnou pásku, trubky a zásobníky používané k distribuci komponentů. Poškození může nastat při teplotách již od 45°C (113°F), což znemožňuje strojům na umístění zpracovávat tyto části.
II. Pečení zhoršuje oxidaci na pájecích zakončeních MSD, což je jeden z největších příčin špatné kvality pájení.
III. Pečení trvá dlouho: až 79 dní pro poněkud silné (2 až 4,5 mm) komponenty při bezpečné nízké teplotě balení 40°C (104°F) až pouhé 3 hodiny při teplotě tání balení 125°C (257°F) pro MSD s MSL 2, s dobou expozice po uplynutí podlahové životnosti méně než 72 hodin. Čím vyšší teplota, tím kratší doba pečení, pokud komponenty nemohou být rozbaleny, pečeny při velmi vysoké teplotě a poté znovu zabaleny při bezpečnější teplotě 40°C (104°F). Při této bezpečnější teplotě začínají doby pečení na pěti dnech a mohou se zvýšit až na 79 dní.
IV. Pečení spotřebovává alespoň 20krát více energie než pouhé udržování částí suchých. A protože většina MSD nevyžaduje pečení, pokud nejsou MSL 6 nebo podlahová životnost byla omylem překročena, bylo by spolehlivější a ekonomičtější udržovat části suché než je péct.
Jednoduše řečeno, udržování MSD suchých je jednodušší a efektivnější než pečení. Skříně s suchou atmosférou, které udržují úrovně RH menší nebo rovné 5%, splňují požadavky standardu na zastavení podlahového životnostního hodiny, když MSD nemohou být pájeny před vypršením podlahové životnosti.
Navíc, udržování MSD v suchém skladování vyžaduje 1/20 nebo méně energie (elektrické) potřebné k pečení, nemá žádnou dobu pečení a nenabízí žádné riziko pro pájitelnost nebo balení komponentů.
Sestavovatelé by měli zvážit použití pečících pecí pro extrémně citlivé MSD s MSL 6 nebo zotavení z vyhnutelné situace překročení podlahové životnosti komponentu. Jinak by mohli vypnout vyhřívané skladovací místnosti, pečící skříně a komory a skladovat všechny MSD v suchých – ne horkých – atmosférických skříních bez porušení standardu nebo snížení integrity balení komponentů.
Reference
1. IPC/JDEC J-STD-033C, Manipulace, balení, přeprava a použití zařízení citlivých na vlhkost/přepracování, oddíl 1, Předmluva, leden 2007.
2. IPC/JDEC J-STD-033C, Tabulka 5-1, leden 2007.
3. IPC/JDEC J-STD-033C, Oddíl 5.2, leden 2007.
4. IPC/JDEC J-STD-033C, Oddíl 4.2.7.1, leden 2007.
5. Ray Prasad, „Pečení a balení PCB pro bezolovnaté montáže,“
6. Intel, „Citlivost na vlhkost/balení s desikantem/manipulace s PSMC,“ 2000 Packaging Handbook, Oddíl 8.5.2, 2000.
7. Typická elektrická specifikace pro skříň s suchou atmosférou s desikantem 15W průměrně na sušení, 600W na pečení.
8. IPC/JDEC J-STD-033C, 5.2 a Tabulka 5-1, leden 2007.
9. IPC/JDEC J-STD-033C, Tabulky 4-1, 4-2 a 4-3, leden 2007.
10. Typická specifikace skladovací nebo pečící teploty pro přepravní zásobníky a materiály pásky a cívky komponentů: 45°C.
