PCB電路板會發(fā)生爆板(popcorn)或分層(Delamination)的主要原因不外乎①板材吸水②α2/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(jié)構(gòu)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？

• ①「水」在100°C以下的時候?qū)Ρ宓挠绊懖淮蟆?/span>

• ② 當(dāng)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值會下降（△Tg應(yīng)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孽。

• ③ 當(dāng)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(rèn)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(kuò)散(Diffusion)進(jìn)入；但板材內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)板材吸「水」及藏水處有：

• ① 樹脂分子本身具有的結(jié)構(gòu)水（樹脂分子結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)本具極性(polarity)處已經(jīng)隱含水分子，只要化學(xué)式中含有OH就有機(jī)會形成水）。

• ② 樹脂與玻璃纖維接口處容易藏水（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）。

• ③ 樹脂與銅箔接口處也容易藏水。

• ④ 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(yīng)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：

• ① 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。

• ② 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。

• ③ 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(shè)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接口的空隙，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。）

•  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(jī)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(yīng)（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，并與供貨商之規(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(yīng)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(jī)50片手機(jī)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。

關(guān)于文中所描述內(nèi)容的幾點常見問答

1、文中提到：Tg2-Tg1之△Tg超過2～3°C者，即表示壓合制程之固化反應(yīng)還不到位，容易發(fā)生爆板。既然△Tg對預(yù)測爆板是一明顯指標(biāo)，請教此測試在PCB線路板廠算是標(biāo)準(zhǔn)檢驗嗎？如果出貨時要求板廠提供△Tg測試報告算不算過分要求(不增加成本下)？

答：PCB板廠能不能測試Tg附上Report必須要請你跟板廠討論，測試Tg屬于破壞性試驗，不過這應(yīng)該屬于板廠內(nèi)部的測試項目之一。

2、PCB烘烤之后Tg值會下降，是只要烘烤，Tg值就會下降，還是說因為含水后Tg下降，烘烤后Tg值回不去？

答：PCB烘烤后Tg值會下降是因為含水后Tg下降，烘烤后Tg值會比原來的稍微下降，因為結(jié)構(gòu)水烤不掉。

3、文中提到了線路板的烘烤溫度，卻沒有提到烘烤時間，是否有時間上的參考值？

答：烘烤時間一般視潮濕程度烘烤1~4小時。烘烤的時候必須將板子分開成一片一片。

4、因廠內(nèi)最近客戶有燒爆的問題，已排除水的因素，我們也自行模擬電測的情況對應(yīng)客戶的嚴(yán)苛條件，若是內(nèi)層有異物造成內(nèi)短，會有爆版的問題嗎?

答：燒板跟爆板是不一樣的，一般會燒板應(yīng)該都是有短路造成，短路的原因也很多，要自己找看看問題在哪。

5、對于PCB板表層受潮的難易程度，是否會因為Solder Mask影響或是表面處理方式不同而有所差別？

答：PCB受潮以FR4材質(zhì)影響最大，綠漆或許也有關(guān)系但綠漆并無法把全部的FR4都包覆起來，表面處理的影響就更低了，有些表面處理反而更害怕受到潮濕影響。

6、請問爆板后的PCB對電性有沒有影響,或是僅影響外觀?

答：理論上有機(jī)會爆板只影響外觀，也就是我們一般說的起泡，但沒有人可以絕對保證它不會影響PCB的可靠性以及后續(xù)的功能，因為爆板就表示PCB的內(nèi)部受損，長期使用也不知道那里會變得更嚴(yán)重，就像坍方，沒有影響到交通，但你敢保證幾天后坍方的地方不會變得更嚴(yán)重。

7、理論歸理論，但是有誰出貨前會烘烤?上SMT前會烘烤?走IR會開氮氣?

答：很多SMT貼片加工廠在板子有問題或是超過規(guī)定的存放時限后，都會要求烘烤后才進(jìn)SMT，這是這個業(yè)界很多人的作法?；c烘烤的時間，確保reflow不會出問題是值得的。

8、問中提到的爆板問題, 會在做過高低溫測試之后才發(fā)生嗎? 也就是一般打件完成后都很正常, 但是必須作高低溫測試, 才有可能將問題浮現(xiàn)出來. 這種爆板狀況, 又該如何分析呢?

答：PCB爆板的問題絕大部分為水蒸氣所造成，如果你的高低溫環(huán)測沒有超過100?C且不是急劇升溫，基本上不會有爆板出現(xiàn)。另一種可能是之前板子已經(jīng)有De-lamination分層的問題，再高低溫的時候變嚴(yán)重，這樣還比較有機(jī)會。

9、在高低溫的測試, 其實已經(jīng)是 thermal shock 測試了 (-15~65, 2分鐘內(nèi)). 所以這樣會達(dá)到爆版的條件嗎? 另外, 如果是懷疑是De-lamination, 從切板看的出來嗎?

答：我沒有辦法直接回答你thermal shock測試(-15~65，2分鐘內(nèi))是否會達(dá)到爆版板的條件，因為你提供的信息并不是很清楚，還是那句老化，爆板最大原因為水汽膨脹，你應(yīng)該要看那些情況下會有水汽膨脹的問題。切片可以看到De-lamination，但必須先確定De-lamination的位置切片才能找到問題，否則一大片板子，不太可能每個地方都切片。

10、最近遇到一個問題，化金板PCB超出2年，我是不接收出貨使用，但客戶還是要使用說出貨前烘烤就可以接受，但出貨后到終端客戶就出現(xiàn)不開機(jī)情形(我司、客戶都有加溫55度測試24小時才出貨)，回廠后分析確定是PCB異常，至PCB板廠進(jìn)行飛針測試，結(jié)果是Pass的，但量測異常點確有阻抗過大(正常:1.5ohm以下 異常:3~4ohm)，目前正在進(jìn)行切片作業(yè)，我在想是不是爆板的原因，還是VR孔有問題呢？

答：烘烤只是除濕，防止爆板，但無法完全防止分層(De-lamination)?？蛻粲惨镁驼埧蛻舫鼍呶募庠适?，以后如果有PCB分層或是via孔破裂問題自行吸收。

11、近日碰到華南客戶持續(xù)反映爆板，但同樣制程做出來的同料號PCB也有出貨到客戶的墨西哥工廠,卻從未發(fā)生過爆板,對方告知因氣候關(guān)系保存?zhèn)}庫不需做溫濕度管控,且上件前會烘烤。我們認(rèn)為多半是與氣候環(huán)境有關(guān), 但華南客戶非常排斥在上件前烘烤(客戶同意烘烤了一段時間皆未發(fā)生爆板), 請問有相關(guān)的SMT規(guī)范要求上件前應(yīng)該做烘烤嗎? 因為J-STD-020似乎只對元器件作規(guī)范?

答：J-STD-020基本上只是規(guī)定給封裝組件使用，印象中有一份PCB的操作及儲存手冊，好像是IPC-1601。

12、請問PCB除濕烘烤后有規(guī)范多久時間內(nèi)，需上線進(jìn)行打件？查詢IPC1601 3.4除濕烘烤、5.3打開隔潮袋后，均沒有明確說明烤后、拆封后多久內(nèi)需打件完畢。是否有建議的時間呢？

答：這個沒有固定的時間，一般要求越早焊錫越好，有人規(guī)定2H，有人規(guī)定5天內(nèi)用完，而且還跟板厚與表面處理及環(huán)境溫濕度有關(guān)，個人建議拆封后在4H內(nèi)用完。

13、PCB進(jìn)入烤箱當(dāng)下的溫度是幾度最合適？烤箱需要預(yù)烤嗎？

答：對PCB來說，是否預(yù)烤關(guān)系不大，因為PCB的Tg值高于100°C，而且PCB預(yù)烤的溫度也不會高到100°C，所以差異不大。當(dāng)然，最好是從室溫開始慢慢加熱是最安全的。預(yù)溫可以節(jié)省時間，如果你需要預(yù)溫，絕對不能高于100°C，否則水分馬上變水蒸氣，反而會出問題。預(yù)溫還得考慮人員操作問題。