PCBA组装爆板原因分析及预防--爆版原因分析

1 什么是爆板

爆板就是印制板的分层或起泡的俗称。

分层是出现在基材内的层与层之间、基材与导电铜箔之间，或印制板任何其他层内的分离现象。

起泡是表现为层压基材的任意层之间或者基材与导电铜箔或保护性涂覆层之间的局部膨胀和分离的分层。起泡也是分层的一种表现形式。

2 爆板原因分析

顾客的产品的用在工业控制的变频器上，设计要求的是搞CTI值的PCB，这种4层板PCB在制作和应用过程中都有特殊的要求。由于CTI>600的覆铜板材质的特殊性，不能直接与内层线路压合，该类型板件必须采用2中不同类型的层间绝缘半固化片材料进行压合，才能同时满足CTI及层压结合力的工艺要求。

由于采用了2种半固化片绝缘材料压合，两种材料存在不同树脂类型，相对与常规4层板的单种绝缘材料，2中绝缘材料融合界面的结合力相对较小。当印制板在自然状态下吸潮到一定程度，在波峰焊接或手工进行插件焊接时，PCB由常温瞬间升至240摄氏度以上，板内所吸的潮气瞬间受热膨胀汽化，内部产生巨大压力，当压力大于2中绝缘层结合力时，就回产生爆板。

一般情况下，爆板是因为材料或工艺上存在先天不足造成的。对于材料而言就是覆铜板或者PCB，工艺上就包括了覆铜板和PCBA板的生产工艺、PCB的生产工艺、PCBA组装工艺。

（1）PCB制造过程中的吸潮

PCB的组成原材料对水都有很好的亲和性，极易吸附潮气。下面通过水在PCB中的存在形式、水汽扩散的途径、水蒸气压力随温度的压力变化情况，来揭示水汽的存在是导致PCB爆板的首要原因。

PCB中的水分主要存在于树脂分子中以及PCB内部存在的物理结构缺陷处，环氧树脂的吸水速率和平衡吸水量，主要有自由体积和极性基团的浓度决定。自由体积越大，初期的吸水速率就越快，而极性基团对水具有亲和性，这也是环氧树脂具有较高吸湿能力的主要原因，极性基团的含量越大，平衡吸水量就越大。一方面，PCB回流焊接或波峰焊接时，随着温度升高，导致自身体积中的水和极限基团形成氢键的水，能够获得足够的能量在树脂内做扩散运动。水向外扩散，并在物理机构缺陷处聚集，是谁的摩尔体积增加。另一方面，随着焊接温度的升高，使水的饱和蒸汽压也同时升高。

由数据显示，随着温度的上升，谁的饱和蒸汽压也急剧升高，250摄氏度时可达到400P/kPa。当材料层间的粘合度低于水汽产生的饱和蒸汽压时，材料即发生分层或起泡的爆板现象。因此，焊接前的吸潮是PCB发生爆板的主要原因。

（2）PCB存储过程中的吸潮

CTI>600的PCB应该列为潮湿敏感器件，PCB中湿气的存在对其组装和性能有着异常重要的影响，在无防潮或防潮不良的情况下存储高CTI值的PCB，就同意造成吸潮，显然在静态放置条件下，随着时间的推动，PCB含水量会逐渐增多，真空包装的吸水率和无真空包装的吸水率随着暂存时间的差异如下图所示。

（3）PCBA生产过程中拉长时间的吸潮

在生产过程中，由于物料或其他因素影响到PCBA在生产过程中某处长期时间裸露存放，也可能造成CTI>600的PCBA吸潮。如果在吸潮后进行焊接，也会存在爆板的风险。

（4）PCBA无铅化制程生产焊接曲线欠佳

对于PCBA无铅化制程来讲，Sn53/Pb87焊料已被SnAg-Cu无铅焊料替代，其熔点由183摄氏度聚升到217摄氏度以上，回流焊接、波峰焊接温度由230~235摄氏度升高到250~255摄氏度，峰值温度可能会更高。在焊接的过程中，如果焊接时间长，焊接热量的剧增会使因PCB制作不良的因素更加放大，爆板的可能性将增加。