Что такое выпекание печатной платы?
Выпекание печатной платы (PCB) — это предварительная обработка для сушки печатных плат и компонентов, чувствительных к влаге, перед сборкой PCB, чтобы влага не оставалась внутри или на поверхности платы. После процесса выпекания печатной платы дефекты пайки, такие как эффект «попкорна» у микросхем, будут предотвращены в процессе сборки печатной платы (PCBA).
Почему долго хранившиеся печатные платы необходимо выпекать перед SMT?
Основная цель выпекания печатной платы — удалить влагу, содержащуюся в плате, поскольку некоторые материалы, используемые в печатной плате, легко поглощают воду из внешней среды. Кроме того, когда печатная плата хранится в течение длительного времени, есть возможность поглощения влаги из окружающей среды, и «влага» является одним из основных виновников, вызывающих эффект «попкорна» или деламинацию печатной платы. «Влага» также способствует окислению.
Потому что, когда печатная плата помещается в среду, где температура превышает 100°C, например, в печь для оплавления, печь для волновой пайки, горячий воздух для ремонта или ручную пайку и т.д., «влага» превращается в водяной пар, который затем быстро расширяет свой объем. Чем быстрее нагревается печатная плата, тем быстрее расширяется водяной пар. При повышении температуры объем водяного пара увеличивается. Когда водяной пар не может сразу выйти из внутреннего слоя печатной платы после его образования, он имеет хорошие шансы поддерживать его. Расширение печатной платы, особенно в Z направлении (вертикальном направлении) печатной платы, наиболее уязвимо, поскольку печатная плата накладывается слой за слоем, иногда переходные отверстия между слоями печатной платы могут быть вырваны, а иногда это может вызвать разделение между слоями печатной платы. Более серьезно, даже внешний вид печатной платы может показать пузыри, вздутия, трещины и другие явления. Иногда, даже если вышеуказанное явление не видно на поверхности печатной платы, она уже повреждена изнутри. Это приведет к нестабильной работе электрических продуктов или проблемам, таким как CAF (микро короткое замыкание), что в конечном итоге приведет к отказу продукта.
Мы следуем следующей процедуре для процесса выпекания:
Мы размещаем платы отдельно друг от друга на стойках в печи, чтобы избежать укладки и вертикального положения
Для жестко-гибких печатных плат время выпекания зависит от толщины печатной платы и материала печатных плат
1. Печатные платы толщиной до 1,0 мм мы держим в печи минимум 2 часа при 120°C
2. Печатные платы толщиной до 1,8 мм мы держим в печи минимум 4 часа при 120°C
3. Печатные платы толщиной до 4,0 мм мы держим в печи минимум 6 часов при 120°C
4. Печатные платы из полиимида/Термонт, все толщины печатных плат держим в печи минимум 6 часов при 135°C
Процесс для жестких печатных плат с различной отделкой поверхности
Для HASL, бессвинцового HASL и ENIG
1. Все толщины печатных плат держим в печи минимум 2 часа при 120°C
Время между выпеканием и пайкой зависит от условий хранения. При относительной влажности 50% рекомендуемое время выдержки составляет максимум 8 часов. Если платы хранятся в печи при 35°C, то время выдержки может быть больше обычного.
Все ли компоненты нужно выпекать?
Наиболее распространенный отраслевой стандарт (J-STD-033), регулирующий процедуры обращения и процессы для устройств, чувствительных к влаге (MSD), может быть сложным для понимания. В результате часто внедряются процедуры, которые склонны к излишней осторожности, и производители часто считают, что лучше перестраховаться. Один из самых простых способов быть «в безопасности», а не «извиняться» — это выпекать все MSD.
Традиционно выпекание считалось панацеей для множества проблем с пайкой. Однако в нескольких ситуациях это просто не так. Многие термические процессы требуются (отверждение, испарение растворителя и т.д.) в процессе производства компонентов. Большинство компонентов не должны требовать дополнительного выпекания между моментом их извлечения из влагозащитного мешка производителя (MBB) и моментом их пайки. Есть только две причины, по которым необходимо выпекать MSD после извлечения из MBB:
1. MSD имеет уровень чувствительности к влаге (MSL) 6. Это самая высокая (худшая) спецификация компонента MSL на сегодняшний день, и J-STD-033 (в Таблице 5-1) указывает, что выпекание обязательно, и эти компоненты должны быть припаяны в течение времени, указанного на этикетке производителя. Для этих устройств выпекание обязательно. Однако применение этого процесса ко всем MSD просто для безопасности является излишним, поскольку это относится только к компонентам MSL 6.
2. MSD превысил свой срок годности на полу. Это может произойти по многим причинам, но часто является результатом избегаемых ситуаций:
I. Требуется покупка полных катушек MSD, и остаются лишние части.
II. Замедление производства или срочные заказы приводят к тому, что MSD остаются на полу дольше, чем планировалось.
III. Процедуры обращения с MSD не соблюдаются или забываются.
IV. MBB сломан или поврежден и/или карта индикатора влажности (HIC) внутри MBB указывает на чрезмерное воздействие влаги.
V. MSD могли быть получены в неизвестном состоянии от поставщика или клиента.
С хорошо выполненными процедурами обращения и качеством, сухой атмосферный шкаф, поддерживающий уровни относительной влажности (RH) на уровне 5% или ниже и не более 30˚C, большинство этих ситуаций можно избежать.
Если причины для выпекания MSD не являются одной из двух вышеуказанных причин, решение о выпекании должно быть проанализировано. Это необходимо или просто реализуется для безопасности, а не для извинений? За исключением вышеупомянутых двух причин или конкретного требования заказчика, выпекание следует избегать, когда это возможно. Необоснованное выпекание тратит время, деньги и энергию и только снижает надежность и качество MSD. Вот несколько причин, почему выпекание следует избегать:
I. Выпекание MSD может навсегда повредить пластиковую ленту и катушки, носители, ленту-носитель, трубки и лотки, используемые для подачи компонентов. Повреждение может произойти при температурах всего 45°C (113°F), что делает невозможным обработку этих деталей машинами для размещения.
II. Выпекание усугубляет окисление на выводах пайки MSD, что является одной из основных причин плохого качества пайки.
III. Выпекание занимает много времени: до 79 дней для несколько толстых (2 до 4,5 мм) компонентов при безопасной низкой температуре упаковки 40°C (104°F) до всего 3 часов при температуре плавления упаковки 125°C (257°F) для MSD с MSL 2, с временем воздействия, превышающим истекший срок годности на полу менее 72 часов. Чем выше температура, тем короче время выпекания, если только компоненты не могут быть распакованы, выпечены при очень высокой температуре, а затем перепакованы при более безопасной температуре 40°C (104°F). При этой более безопасной температуре время выпекания начинается с пяти дней и может доходить до 79 дней.
IV. Выпекание потребляет как минимум в 20 раз больше энергии, чем просто поддержание сухости деталей. И, поскольку большинство MSD не требуют выпекания, если только они не являются MSL 6 или срок годности на полу был ошибочно превышен, было бы более надежно и экономично поддерживать сухость деталей, чем выпекать их.
Проще говоря, поддержание MSD в сухом состоянии легче и эффективнее, чем выпекание. Сухие атмосферные шкафы, которые поддерживают уровни RH менее или равные 5%, соответствуют требованиям стандарта для остановки часов срока годности на полу, когда MSD не могут быть припаяны до истечения срока годности на полу.
Более того, поддержание MSD в сухом хранилище требует в 1/20 или меньше энергии (электрической), необходимой для выпекания, не имеет времени выпекания и не представляет риска для пайки или упаковки компонентов.
Сборщики должны рассмотреть возможность использования печей для выпекания для чрезвычайно чувствительных MSD MSL 6 или восстановления из предотвратимой ситуации превышения срока годности компонента на полу. В противном случае они могут выключить отапливаемые складские помещения, шкафы и камеры для выпекания и хранить все MSD в сухих — не горячих — атмосферных шкафах, не нарушая стандарт и не снижая целостность упаковок компонентов.
Ссылки
1. IPC/JDEC J-STD-033C, Обращение, упаковка, доставка и использование устройств, чувствительных к влаге/оплавлению, Раздел 1, Предисловие, Январь 2007.
2. IPC/JDEC J-STD-033C, Таблица 5-1, Январь 2007.
3. IPC/JDEC J-STD-033C, Раздел 5.2, Январь 2007.
4. IPC/JDEC J-STD-033C, Раздел 4.2.7.1, Январь 2007.
5. Рэй Прасад, «Выпекание и упаковка печатных плат для бессвинцовых сборок,»
6. Intel, «Чувствительность к влаге/упаковка с осушителем/обращение с PSMC,» Руководство по упаковке 2000 года, Раздел 8.5.2, 2000.
7. Типичная электрическая спецификация для сухого атмосферного шкафа с осушителем 15 Вт в среднем для сушки, 600 Вт для выпекания.
8. IPC/JDEC J-STD-033C, 5.2 и Таблица 5-1, Январь 2007.
9. IPC/JDEC J-STD-033C, Таблицы 4-1, 4-2 и 4-3, Январь 2007.
10. Типичная спецификация температуры хранения или выпекания для транспортировочных лотков и материалов ленты и катушки компонентов: 45°C.
