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PCB包裝中如何放置濕度指示卡最安全?
無(wú)鉛裝配需要在使用前直觀的了解PCB可能的吸濕程度，以便規(guī)避和減少爆板分層的風(fēng)險(xiǎn)，故不少客戶專門要求PCB廠商在內(nèi)包裝增加濕度卡，但濕度卡的增加可能帶來(lái)對(duì)PCB表面處理的污染氧化而影響到PCB的可焊性。文章主要通過(guò)試驗(yàn)PCB內(nèi)包裝中濕度卡的放置方式，確認(rèn)濕度卡對(duì)PCB不同表面處理存在的污染影響程度，進(jìn)而優(yōu)化和改善濕度卡在內(nèi)包裝放置的方式，確保在內(nèi)包裝需要增加濕度卡時(shí)，避免PCB受到濕度卡的污染氧化，從而保障PCB質(zhì)量。
無(wú)鉛裝配已成為常規(guī)要求，無(wú)鉛裝配中PCB等所受熱量遠(yuǎn)高于以往的有鉛裝配，出現(xiàn)爆板分層的幾率也隨之增加。部分客戶對(duì)PCB出貨真空內(nèi)包裝也提出相應(yīng)要求，例如要求PCB廠商在內(nèi)包裝增加濕度卡等物品，希望能夠在PCB裝配前直觀的從濕度卡的外觀顏色變化情況，得以確認(rèn)內(nèi)包裝PCB可能的吸濕程度，以便規(guī)避和減少爆板分層的風(fēng)險(xiǎn)。
濕度卡又叫濕度顯示卡、濕度指示卡(Humidity Indicator Card簡(jiǎn)稱HIC)，它是顯示密封空間濕度狀況的卡片。由于濕度卡的支持材質(zhì)是紙質(zhì)的，存在毛細(xì)管等細(xì)小通路，而濕度卡指示圓圈點(diǎn)中顏色變化的化學(xué)物質(zhì)(如含“氯”等化合物)，在長(zhǎng)時(shí)間存放的過(guò)程中通過(guò)濕度卡紙上細(xì)小的通路滲透到與之接觸的PCB表面，從而對(duì)PCB表面產(chǎn)生污染。然而，濕度卡和PCB直接接觸的放置方式而被忽視存在的不良，當(dāng)濕度卡伴隨著PCB一起存放的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，反而成為PCB的污染物之一。被污染到的焊盤在焊接時(shí)可焊性會(huì)明顯降低。
本文主要通過(guò)試驗(yàn)PCB內(nèi)包裝中濕度卡的放置方式，確認(rèn)濕度卡對(duì)PCB不同表面處理存在的污染影響程度，進(jìn)而優(yōu)化和改善濕度卡在內(nèi)包裝放置的方式，確保在內(nèi)包裝需要增加濕度卡時(shí)，避免PCB受到濕度卡的污染氧化，從而保障PCB質(zhì)量保證性。
一、試驗(yàn)條件和設(shè)備：
取外觀合格的板件進(jìn)行試驗(yàn)，真空包裝后，參考IPC J-STD-003B 3.4.2加速老化的條件，將包裝好的板放進(jìn)恒溫恒濕箱內(nèi)，溫度72℃±5℃、濕度85%±3%，其中1組放置8個(gè)小時(shí)、另1組放置24個(gè)小時(shí)。加速老化之后采用外觀等分析和判定濕度卡對(duì)PCB板面的影響程度。
濕度指示卡標(biāo)稱范圍一般由10%~60%、總共為6個(gè)涂層圓圈，其上方的百分率數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)圓圈指示的相對(duì)濕度值。圓圈點(diǎn)隨著環(huán)境相對(duì)濕度RH值的變化分別由藍(lán)色逐漸變成粉紅色，當(dāng)指示點(diǎn)變成紫色(介于藍(lán)色與粉紅色之前)的時(shí)候，指示點(diǎn)中的數(shù)值就是當(dāng)前的環(huán)境濕度。由于本文實(shí)驗(yàn)主要采用恒溫恒濕箱加速老化，重點(diǎn)分析濕度卡對(duì)板件的污染程度，其放置于包裝中的濕度卡的指示點(diǎn)的顏色變化情況則不做相應(yīng)分析。
二、模擬濕度卡對(duì)沉鎳金表面處理板焊盤的污染試驗(yàn)：
先采用目前客戶要求比較普遍的沉鎳金PCB板件進(jìn)行模擬試驗(yàn)。取10個(gè)樣品和相同數(shù)量的濕度卡，試驗(yàn)溫度72度、濕度85%控制一致，采用2種放置時(shí)間(8小時(shí)、24小時(shí))、5種類型的包裝放置進(jìn)行正交試驗(yàn)，試驗(yàn)后以沉鎳金表面的氧化變色程度進(jìn)行確認(rèn)和分析，可以得知無(wú)論是放置時(shí)間為8小時(shí)還是24小時(shí)，當(dāng)濕度卡與板件之間采用“直接貼放在板面上”、或采用單張“無(wú)硫紙”隔放，在PCB板件上的金面上都存在非常明顯的污染氧化痕跡，同時(shí)，從污染到金面的區(qū)域外觀確認(rèn)分析，沉鎳金污染氧化后形成圓點(diǎn)直徑尺寸基本與內(nèi)包裝的濕度卡顯示點(diǎn)相同。而濕度卡采用其它的隔放方式，則PCB金面呈無(wú)污染變化、或輕微的污染氧化。
下面分析同一塊沉鎳金板件中無(wú)受污染氧化的正常位置、受污染氧化的不良位置的金面情況比對(duì)，并確認(rèn)受污染氧化的不良位置可焊性濕潤(rùn)性相對(duì)較差，不符合IPC或客戶標(biāo)準(zhǔn)要求。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后的金面外觀確認(rèn)污染氧化變色狀況，按5分制，分為無(wú)變化(1)、輕微(3)、明顯(5)三個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)判，結(jié)果如表1。
根據(jù)試驗(yàn)分析，確認(rèn)濕度卡隨著與PCB一起存放達(dá)到一定的時(shí)間，沉鎳金表面處理的PCB呈現(xiàn)明顯或不明顯的污染情況，只是濕度卡的包裝方式不同而表現(xiàn)程度不一。同時(shí)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，濕度卡隨著與PCB一起存放的時(shí)間越長(zhǎng)，印制板受到濕度卡的污染也隨之呈現(xiàn)增大的態(tài)勢(shì)，表現(xiàn)正相關(guān)性。
另外，試驗(yàn)采用“無(wú)硫紙+白紙”、或“雙張白紙”隔放等情況時(shí)，濕度卡基本上都沒(méi)有對(duì)內(nèi)包裝中的PCB造成污染導(dǎo)致氧化缺陷，而采用“直接貼放在板面上”、“(單張)無(wú)硫紙”隔放時(shí)，則污染程度最大(圖1)。
三、模擬濕度卡對(duì)不同表面處理板件的焊盤的污染試驗(yàn)：
為更全面確認(rèn)濕度卡在內(nèi)包裝中對(duì)不同表面處理工藝的PCB的影響程度進(jìn)行拓展試驗(yàn)，以便后續(xù)對(duì)內(nèi)包裝作改善提供實(shí)驗(yàn)參考依據(jù)。
每種表面處理工藝各取10個(gè)樣品和相同數(shù)量的濕度卡，再對(duì)每種表面處理工藝樣品分成2組，分別按照濕度卡5種類型的包裝放置。試驗(yàn)的溫濕度條件不變，仍然采用溫度72度、濕度85%控制，試驗(yàn)的情況列表如下。試驗(yàn)后也按5分制，分為正常(1)、輕微(3)、明顯(5)三個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)判，結(jié)果如下(試驗(yàn)圖片略)(表2)：
同樣的，根據(jù)試驗(yàn)分析，確認(rèn)濕度卡隨著與PCB一起存放的時(shí)間越長(zhǎng)，整體相應(yīng)板件受到濕度卡的污染呈現(xiàn)增大的情況(圖2)。
同時(shí)，在各個(gè)表面處理的試驗(yàn)板件中，噴錫受到濕度卡的影響程度最低、沉銀和OSP影響程度最大。這是由于不同表面處理的表面結(jié)晶致密性、厚度及抗污染能力等存在差別有關(guān)。其中沉銀、OSP等的抗污染能力最弱，因而受到濕度卡等物質(zhì)、外部環(huán)境濕度變化等外部因素的影響相對(duì)要“敏感”許多。
根據(jù)濕度卡5種類型的包裝放置對(duì)PCB的影響分析，濕度卡“直接貼放在板面上”的方式對(duì)PCB直接進(jìn)行接觸，整體對(duì)PCB的污染氧化程度表現(xiàn)最嚴(yán)重;而采用“無(wú)硫紙”隔放，由于無(wú)硫紙厚度也相對(duì)比較薄，對(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存后也對(duì)PCB影響比較大。在所有的濕度卡包裝放置方式中，采用“雙張/面白紙”隔放濕度卡對(duì)所有的試驗(yàn)板件的污染影響最小，表現(xiàn)最佳，在經(jīng)得起長(zhǎng)時(shí)間溫濕度處理存放后，仍然非常有效得阻隔濕度卡對(duì)PCB的污染，從而起到既滿足客戶要求內(nèi)包裝增加濕度卡方便確認(rèn)板件存放狀態(tài)的同時(shí)，又保證PCB的出貨質(zhì)量，避免客戶裝配后焊接可靠性不良而表現(xiàn)連接導(dǎo)通開(kāi)路等失效缺陷。
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
PCB內(nèi)包裝內(nèi)的濕度卡需要與PCB表面直接接觸，由于濕度卡的支持材質(zhì)是紙質(zhì)的，存在毛細(xì)纖維等細(xì)小通路，而濕度卡指示圓圈點(diǎn)中顏色變化的化學(xué)物質(zhì)(如含Cl等化合物)，在長(zhǎng)時(shí)間存放的過(guò)程中通過(guò)濕度卡紙上細(xì)小的通路滲透到與之接觸的PCB表面，從而對(duì)PCB表面產(chǎn)生污染。
綜合上面的試驗(yàn)，確認(rèn)在沉鎳金、沉錫、OSP、噴錫、沉銀等5種表面處理的PCB板件中，濕度卡對(duì)于沉銀、OSP板件的氧化影響比較大、而對(duì)于噴錫板件沒(méi)有存在明顯的影響。
根據(jù)試驗(yàn)的情況分析，在出貨前對(duì)PCB進(jìn)行真空內(nèi)包裝過(guò)程，如果客戶有要求增加濕度卡時(shí)，PCB與濕度卡之間采用“雙張/面白紙”隔放，可以有效避免所有表面處理板件受到濕度卡的污染氧化，從而保障PCB質(zhì)量。
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