PCB爆板的真因剖析与防止对策

PCB电路板会发生爆板(popcorn)或分层(Delamination)的主要原因不外乎一板材吸水二α2/z-CTE太大这两大类，而「板材吸水」所造成的爆板更占了70%的不良，其他原因如PCB结构之涨缩不均，冷热不均、制程受伤与黑化不良…等虽然也不能排除其可能性，但其比率都不太高就是了。

为什么「水」是造成PCB爆板的主要原因？

「水」在100°C以下的时候对爆板的影响不大。

当温度超过100°C后，「水」就会成为树脂的可塑剂。 

树脂吸水较多时Tg会下降（△Tg应该小于5°C）且橡胶态会提早到来，将引发板材Z方向瞬间肿胀(Swelling)而快速开裂（100°C～Tg之间最容易发生），参考文章最前面的图表，水蒸气超过100°C后的气压(psi)将成等比级数增加。 

通常板材的X与Y之CTE(膨胀系数)较稳定，约在15～16ppm/°C之间。另外，板材内的隐性水份也会变成树脂的可塑剂，与外部的水份一起助纣为虐。

当树脂温度超过Tg点之后，就会转变为橡胶态，这时候「水」份对爆板已经转变成为配角，而且这时候的水份也大多已经该变成水蒸气蒸发掉了，再说橡胶态是软的，也不容易有爆板才对。

PCB的「水」从哪里来？

既然「水」对爆板这么重要，那我们得好好研究一下水从哪里来，就我们普遍的了解与认知，大部分的「水」可能都来自于外界，可能是在PCB制程时吸入附著，或是PCB存放时从环境中逐渐扩散(Diffusion)进入；但板材内部结构容易藏水也是可能的原因之一；另外一个你可能想不到的，PCB树脂的分子式里也藏著水分子，加热之后会自行产生水分。所以总结板材吸「水」及藏水处有：

树脂分子本身具有的结构水（树脂分子结构远本具极性(polarity)处已经隐含水分子，只要化学式中含有OH就有机会形成水）。

树脂与玻璃纤维介面处容易藏水（板材使用一条树脂与一条玻璃纤维用经纬编织而成，如果编织不够密实，就会有缝隙，一般建议选用低透气率的扁纤布比较不易藏水）。

树脂与铜箔介面处也容易藏水。

板材的空洞处会藏水。

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内的水分去除应该就可以解决大部分的爆板问题了，而【烘烤】则是去除PCB外部水份的最佳方法。既然烘烤的目的是在去除水份，所以烘烤的条件最好要符合下面的要求：

烘烤的温度加热到100°C以上一点点的地方（建议105°C，因为烤箱的温度会有误差），让水份可以变成水蒸气可以比较容易散发掉。

烘烤时最好把每片板子分开来摆放，这样水分才比较容易挥发掉。如果PCB重迭在一起，水份将无法有效逸出。

烤箱一定要有排气装置，否则烘烤时烤箱内全都是水蒸气也没有用。

从PCB板材的选择及制程就开始管控吸水的条件

虽然烘烤是改善爆板的最佳方法，但是烘烤不但浪费时间，也浪费设备与人力，而且PCB烘烤之后Tg值会下降也是问题，比较好的方法是从PCB板材的选择及制程就开始管控吸水的条件。

1. 板材本身如果有极性，就容易吸水。尽量选用不会吸水的树脂来防止板材吸水。

2. 可以选用开(扁)纤布。减少树脂与玻璃纤维介面的空隙，以降低容易藏水的可能性。（下面的图片只是示意图，并不是真正的玻纤布，基本上由经纬两股材料交错编织而成，经纬的交错间如果有空隙，就容易藏水分，所以一般会以透气性来检查其密合度，密合度越好，透气度越小，越不容易藏水，对高频的电路板也比较没有耗损及讯号不等一的问题。） 

图片只是示意图，并不是真正的玻纤布，基本上由经纬两股材料交错编织而成，经纬的交错间如果有空隙，就容易藏水分，所以一般会以透气性来检查其密合度。

3. PCB压合过程管控。PCB完成压合与后烘烤的多层板，可以取试样以相同方法、相同机台量测两次Tg值；凡Tg2-Tg1之△Tg超过2～3°C者（按不同板材而有异），即表示压合制程之固化反应（Hardening含聚合与交联）还不到位，此等未熟化之板类将容易吸水，也容易发生爆板。

4. 按TM-650试验手册2.4.24.1节TMA法去量测问题板之Tg值，并与供应商之规格值对比。凡实测值低于规格值5°C以上者，即表示问题板已存在吸水的病灶。树脂中的水分形同可塑剂，不但会拉低Tg，还会让橡胶态提早到来。

5. 存放超过三个月的多层PCB，可能会出现应力（来自压合）集中行为以及吸水之事实（会增大Z胀）。需执行焊前烘烤（105°C+24小时）之防爆措施，或利用矫平机50片手机板一迭在氮气中185°C+70PSI压烤2小时。客户端超过三个月的板类先烘烤再焊者将可减少爆板，烘烤不但增加成本且对OSP也不利。烘烤时需单片分开烘烤，以利水分充分排出。