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「なぜPCBが保存期限を過ぎた後、SMTが溶接炉に戻るまで焼く必要があるのか」を知っていますか。
PCBベーキングの主な目的は、PCB自体に使用されている材質によっては水分子が形成されやすいため、湿気を除去し、PCBに含まれるまたは外部から吸収された水気を除去することです。
また、PCBが生産されてしばらく放置された後も環境中の湿気を吸収する機会があり、湿気はpopcornあるいはdelaminationのようなPCBの破損を引き起こす主要な原因の一つです。
PCBを100℃を超える温度の環境下に置くと、例えばリフロー炉、波溶接炉、熱風平坦化、手溶接などのプロセスでは、水は水蒸気になり、急速にその体積を膨張するからです。
PCBに加熱する速度が速いほど、水蒸気膨張も速くなります。温度が高いほど、水蒸気の体積も大きくなります。水蒸気がPCB内からすぐに逃げられない場合は、PCBを膨張させる機会があります。
特にPCBのZ方向が最も脆弱で、PCBの層と層の間の導通孔（via）を引き離すことがあり、PCBの層間分離を引き起こすことがあり、PCBの外見でも発泡、膨張、爆発などの現象が見られることがあります。
PCBの外見に以上の現象が見えなくても、実は内傷になっていて、時間が経つにつれてかえって電気製品の機能が不安定になったり、CAFなどの問題が発生したりして、最終的には製品が失効することがあります。
PCB破損の真因解析と防止対策
PCBベーキングの手順は実に面倒で、ベーキングするときは本来の包装を取り外してからオーブンに入れなければならず、それから100℃を超える温度でベーキングしなければならないが、ベーキング中に水蒸気が過度に膨張してかえってPCBを爆発させないように、温度が高すぎることはできません。
一般的な業界では、PCBベーキングの温度は120±5℃の条件に設定されていることが多く、水ガスが本当にPCB本体内から除去されることを確保した後、SMT線打板を用いて溶接炉に再溶接することができます。
ベーキング時間はPCBの厚さとサイズによって異なり、薄いか大きいかのPCBに対してはベーキング後に重りでプレートを圧着しなければなりません。これは、ベーキング後の冷却中にPCBが応力放出によって曲げ変形する惨事を低減または回避するためです。
PCBが変形して曲がると、SMTで錫ペーストを印刷する際にオフセットや厚さむらの問題が発生し、連帯の場合は後付け戻し時に大量の溶接短絡や空溶接などの不良が発生するためです。
PCBベーキングの条件設定
現在、業界では一般的にPCBベーキングの条件と時間は以下のように設定されています。
1、PCBは製造日2ヶ月以内で密封が良好で、開封後に温度と湿度制御のある環境（≦30℃/60%RH、IPC-1601による）で5日以上放置した場合、ラインアップ前に120±5℃で1時間焼成する必要がある。
2、PCBは製造日の2〜6ヶ月を超えて保管し、ラインアップする前に120±5℃で2時間ベーキングする必要がある。
3、PCBは製造日の6〜12ヶ月を超えて保管し、ラインアップする前に120±5℃で4時間ベーキングする必要がある。
4、PCBの保管は製造日の12ヶ月以上を超えて、基本的に使用することを提案しない、多層板の接着力はしかし時間に従って老化することができて、後日製品の機能不安定などの品質問題が発生する可能性があって、市場の再修理の確率を増加して、しかも生産の過程はまだ爆発板と錫を食べる不良などのリスクがある。使用しなければならない場合は、120±5℃で6時間焼成し、大量生産前に錫ペーストを試作して半田性の問題がないことを確認してから生産を続けることをお勧めする。
もう1つの長すぎるPCBの使用を推奨しないのは、その表面処理も時間の経過とともに徐々に失効するためであり、ENIGで言えば、業界の保存期間は12ヶ月であり、この時効を過ぎると、その沈金層の厚さに依存し、厚さが薄い場合、そのニッケル層は拡散作用によって金層に現れて酸化を形成し、信頼度に影響を与える可能性があり、不用意ではない。
5、すべてのベーキングが完了したPCBは5日以内に使用しなければならず、未加工のPCBをラインアップする前に120±5℃で1時間再ベーキングしなければならない。
PCBベーキング時のスタック方式
1、大きいサイズのPCBを焼く時、平置きスタック式を採用し、一重ねの最大数量は30枚を超えてはならないことを提案し、10時間以内にオーブンを開けてPCBを取り出し、平置きして冷却させることを提案し、焼いた後に防板曲げ治具を圧する必要がある。大型PCBは直立式ベーキングを勧めず、曲げやすいからです。
2、中小型PCBをベーキングする時、平置きスタック式を採用して配置することができて、一重ねの最大数量は40枚を超えてはいけないことを提案して、直立式を採用することもできて、数量は限らなくて、ベーキングが完成して10分内需はオーブンを開けてPCBを取り出して平置きして冷却させて、ベーキングした後に防板曲げ治具を圧する必要があります。
PCBベーキング時の注意事項
1、ベーキング温度はPCBのTg点を超えてはならず、一般的に125℃を超えてはならないことが要求されている。初期のいくつかの鉛含有PCBのTg点は比較的低く、現在の無鉛PCBのTgは150℃以上であることが多い。
2、ベーキング後のPCBはできるだけ早く使用済みにし、使用済みでない場合はできるだけ早く真空包装をやり直しなければならない。作業場に暴露する時間が長すぎる場合は、焼き直さなければならない。
3、オーブンには換気乾燥設備を入れることを忘れないでください。そうしないと、焼いた水蒸気がオーブン内に残って相対湿度が高くなり、PCB除湿に不利になる。
4、品質の観点から見ると、PCBの製造日付が新しいほどPCB半田を使用してリフロー炉を通過した後の品質はもっと良く、期限切れのPCBはベーキングの後、使用しても一定の品質リスクがある。
PCBベーキングの提案
1、水の沸点は100℃であり、その沸点を超えると水が水蒸気になるので、105±5℃の温度でPCBを焼くことをお勧めします。PCBに含まれる水分子はあまり多くないので、気化の速度を高めるためにはあまり高温にする必要はありません。
温度が高すぎたり、気化速度が速すぎたりすると、かえって水蒸気が急速に膨張しやすくなり、品質には不利であり、特に多層板や埋め込み穴のあるPCB、105℃はちょうど水の沸点より高く、温度も高すぎず、除湿でき、酸化のリスクを下げることができる。しかも現在のオーブンの温度制御能力は以前よりかなり向上している。
2、PCBがベーキングする必要があるかどうかは、その包装が湿っているかどうか、つまり真空包装内のHIC（Humidity Indicator Card、湿度表示カード）が湿っているかどうかを観察しなければならない。包装が良ければ、HICは湿っていることを指示していないが、実際には直接オンラインでベーキングしなくてもよい。
3、PCBベーキングの際には「直立式」を採用し、間隔を空けてベーキングすることを提案している。これにより、熱風の対流が最大の効果を発揮し、PCB内から水蒸気も比較的に焼きやすいからである。しかし、大きいサイズのPCBについては、直立式が板曲げ変形の問題を引き起こすかどうかを考慮しなければならない可能性がある。
4、PCBは焼いた後、乾燥した場所に置いて急速に冷却することを提案し、好ましくはプレートの上頭に「防板曲げ治具」を押しなければならない。一般的な物体は高熱状態から冷却までの過程でかえって水蒸気を吸収しやすいが、急速冷却はプレート曲げを引き起こす可能性があり、これはバランスをとる必要がある。
PCBベーキングの欠点と考慮すべき事項
1、ベーキングはPCB表面めっき層の酸化を促進し、しかも高温で長くベーキングするほど不利である。
2、OSPフィルムが高温のために分解されたり失効したりするので、OSP表面処理されたプレートの高温焼成はお勧めしません。ベーキングをしなければならない場合は、105±5℃の温度でベーキングすることをお勧めします。2時間を超えてはいけません。ベーキング後は24時間以内に使い切ることをお勧めする。
3、ベーキングはIMC生成に影響を与える可能性があり、特にHASL（噴霧スズ）、ImSn（化学スズ、浸漬めっきスズ）表面処理のプレートは、IMC層（銅スズ化合物）が実はPCB段階ですでに生成されており、つまりPCBハンダの前に生成されているため、ベーキングはかえってこの層の生成されたIMCの厚さを増加させ、信頼性の問題をもたらす。
