PCB 板为何在 SMT 贴片前必须烘烤?一文揭秘关键原因
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去除水分:PCB 板在储存和运输过程中,会不可避免地与空气接触,从而吸收空气中的水分。如果不将这些水分去除,在 SMT 贴片的焊接过程中,当 PCB 板进入 200 摄氏度以上的高温环境,水分会迅速被加热雾化变成水蒸气。水蒸气在无法及时从板子内释放出来时,就会在 PCB 板内部形成压力,可能撑胀 PCB 板,导致线路板的层与层之间的导通孔拉断、层间分离,甚至出现起泡、膨龟、爆板等现象。即使表面看不到明显现象,内部线路也可能已受损,会使电器产品功能不稳定,最终导致产品失效。
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防止焊接出现气泡:PCB 板中的湿气在高温下蒸发,如果不事先烘烤,当进入焊接过程时,湿气可能在高温下形成气泡。这些气泡会使焊接点不牢固,影响电气连接的可靠性,通过预先烘烤,可以大大减少焊接气泡的风险。
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提高元器件粘附性:烘烤有助于提高元器件在 PCB 板表面的粘附性。在 SMT 贴片过程中,元器件需要在 PCB 板表面牢固粘附,才能确保可靠的连接,进而保证电子产品的性能和稳定性。
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避免热冲击:PCB 板由于温度变化而导致的热冲击可能对电子元器件产生负面影响。通过在生产前进行控制温度的烘烤,可以让 PCB 板逐步适应温度变化,减轻或避免在后续加工过程中因温度急剧变化而产生的热冲击,确保电子元器件在整个制造过程中不受损害。
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去除挥发性有机物:在 PCB 板制造过程中,使用的胶粘剂、溶剂等会残留在 PCB 板的表面。这些挥发性有机物如果没有被彻底去除,在贴片过程中遇高温挥发,会与焊接过程中产生的气体相互作用,导致焊接气泡、过度焊接等问题。烘烤可以将这些挥发性有机物彻底去除,防止贴片过程中出现各种焊接问题。
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改善表面润湿性:在贴片过程中,焊膏需要充分润湿 PCB 板表面和元器件引脚,以确保焊接的良好连接。然而,PCB 板表面存在的水分或挥发性有机物会影响焊膏的润湿性,导致焊接不良。通过烘烤,可以去除这些影响因素,提高焊膏的润湿性,从而确保焊接的可靠性和质量。
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提高尺寸稳定性:在贴片过程中,PCB 板会因受热膨胀,如果没有事先进行烘烤,可能会导致电子元器件的贴合不良、引脚间距变化过大等问题。通过烘烤,可以使 PCB 板的尺寸在贴片过程中变化较小,保证元器件的贴合度和引脚间距的稳定性,提高产品的一致性和可靠性。
1. 烘烤参数设置
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温度:不同材质和厚度的 PCB 板,其适宜的烘烤温度有所不同。一般来说,常见的 FR-4 材质 PCB 板,烘烤温度多设定在 100℃-120℃之间。温度过低,无法有效去除水分和挥发性物质;温度过高,则可能会使 PCB 板变形、变色,甚至损坏板材内部的绝缘层和电路。
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时间:烘烤时间与 PCB 板的厚度、受潮程度以及烘烤设备的性能等因素有关。通常,厚度在 1.6mm 左右的普通 PCB 板,烘烤时间在 4-8 小时。较厚或受潮严重的 PCB 板,可能需要更长的烘烤时间,但一般不宜超过 24 小时,以免对 PCB 板造成不良影响。
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升温速率:为避免 PCB 板因温度急剧变化产生热应力,升温速率不宜过快,一般控制在 5℃/min-10℃/min。
2. 烘烤设备选择
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烘箱类型:常见的有热风循环烘箱和真空烘箱。热风循环烘箱能使热空气在箱内均匀流动,确保 PCB 板受热均匀;真空烘箱则可在较低温度下更有效地去除水分,适用于对温度敏感或受潮严重的 PCB 板。
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烘箱尺寸:要根据 PCB 板的尺寸和数量选择合适尺寸的烘箱,确保 PCB 板在烘箱内有足够的空间,热空气能够充分流通,避免因空间拥挤导致热量分布不均。
3. PCB 板放置与防护
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放置方式:PCB 板应平整放置在烘箱内的托盘或支架上,避免堆叠,以保证热空气能充分接触 PCB 板的各个部位,使烘烤效果均匀。
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防护措施:为防止 PCB 板在烘烤过程中受到污染,可将其放置在专用的托盘或夹具中,也可使用耐高温的保护膜对 PCB 板表面进行覆盖保护。
4. 烘烤后的处理
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冷却方式:烘烤后的 PCB 板应在烘箱内自然冷却或采用缓慢的风冷方式,避免快速冷却导致 PCB 板表面凝结水汽或产生热应力。
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存放环境:冷却后的 PCB 板应立即放入干燥的环境中,如干燥柜或密封袋内,并放入干燥剂,防止其再次吸收空气中的水分。同时,应尽快进行 SMT 贴片加工,避免长时间暴露在空气中。
在进行烘烤操作前,还应参考 PCB 板制造商提供的技术规格和建议,结合实际生产情况,制定合理的烘烤工艺,以确保 PCB 板的质量和 SMT 贴片加工的顺利进行。
焊接质量问题
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产生气泡与空洞:PCB 板中残留的水分在焊接高温下迅速汽化,会在焊点内部形成气泡和空洞。这不仅会使焊点的外观不平整、不光滑,影响焊接的美观度,更重要的是会降低焊点的机械强度和导电性,使焊点在长期使用中容易出现开裂、脱焊等问题,导致电路连接中断。
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虚焊与假焊:水分和挥发性物质的存在会影响焊膏的润湿性能,使焊料不能很好地在 PCB 板焊盘和元器件引脚表面铺展和附着,从而产生虚焊和假焊现象。虚焊和假焊的焊点在初始测试时可能看似正常,但在电子产品使用过程中,由于受到震动、温度变化等因素的影响,很容易出现接触不良,导致电子产品出现间歇性故障,难以准确排查和修复。
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锡珠飞溅:未充分烘烤的 PCB 板在焊接时,内部水汽的突然蒸发会产生压力,促使液态焊料从焊点中飞溅出来,形成锡珠。锡珠可能会落在 PCB 板表面的其他部位,造成短路等问题,影响电路的正常工作,还可能会吸附灰尘等杂质,进一步降低电子产品的可靠性。
PCB 板性能问题
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电气性能不稳定:残留的水分和杂质会降低 PCB 板的绝缘性能,导致相邻线路之间出现漏电、短路等现象,使电路的信号传输出现干扰、衰减等问题,影响电子产品的电气性能稳定性。例如,在高频电路中,绝缘性能下降可能会导致信号失真、噪声增大,使产品的通信质量变差。
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PCB 板变形:水分在 PCB 板内部分布不均匀,在焊接高温下,不同部位的水分蒸发程度不同,会产生不均匀的热应力,从而导致 PCB 板发生变形。变形的 PCB 板可能无法与其他部件良好配合,影响电子产品的整体组装精度,严重时甚至会使 PCB 板上的电路线条断裂,造成永久性损坏。
产品可靠性问题
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早期失效:由于焊接质量问题和 PCB 板性能不稳定,电子产品在使用初期就可能出现各种故障,即早期失效。这不仅会增加产品的售后维修成本,还会严重影响产品的品牌形象和用户满意度。
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使用寿命缩短:未充分烘烤的 PCB 板在长期使用过程中,由于焊点内部的气泡、空洞以及虚焊等问题,会在热循环、机械应力等作用下逐渐恶化,导致焊点失效。同时,PCB 板的绝缘性能下降和变形等问题也会随着时间的推移而加剧,最终缩短电子产品的使用寿命。
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