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PCB包装中如何放置湿度指示卡最安全?

发布日期:2020-04-02 10:51
信息摘要:
无铅装配需要在使用前直观的了解PCB可能的吸湿程度,以便规避和减少爆板分层的风险,故不少客户专门要求PCB厂商在内包装增加湿度卡,但湿度卡的增加可能带来对PCB表面处理的污染氧化而影...

 
   无铅装配需要在使用前直观的了解PCB可能的吸湿程度,以便规避和减少爆板分层的风险,故不少客户专门要求PCB厂商在内包装增加湿度卡,但湿度卡的增加可能带来对PCB表面处理的污染氧化而影响到PCB的可焊性。文章主要通过试验PCB内包装中湿度卡的放置方式,确认湿度卡对PCB不同表面处理存在的污染影响程度,进而优化和改善湿度卡在内包装放置的方式,确保在内包装需要增加湿度卡时,避免PCB受到湿度卡的污染氧化,从而保障PCB质量。

无铅装配已成为常规要求,无铅装配中PCB等所受热量远高于以往的有铅装配,出现爆板分层的几率也随之增加。部分客户对PCB出货真空内包装也提出相应要求,例如要求PCB厂商在内包装增加湿度卡等物品,希望能够在PCB装配前直观的从湿度卡的外观颜色变化情况,得以确认内包装PCB可能的吸湿程度,以便规避和减少爆板分层的风险。

湿度卡又叫湿度显示卡、湿度指示卡(Humidity Indicator Card简称HIC),它是显示密封空间湿度状况的卡片。由于湿度卡的支持材质是纸质的,存在毛细管等细小通路,而湿度卡指示圆圈点中颜色变化的化学物质(如含“氯”等化合物),在长时间存放的过程中通过湿度卡纸上细小的通路渗透到与之接触的PCB表面,从而对PCB表面产生污染。然而,湿度卡和PCB直接接触的放置方式而被忽视存在的不良,当湿度卡伴随着PCB一起存放的时间较长时,反而成为PCB的污染物之一。被污染到的焊盘在焊接时可焊性会明显降低。

本文主要通过试验PCB内包装中湿度卡的放置方式,确认湿度卡对PCB不同表面处理存在的污染影响程度,进而优化和改善湿度卡在内包装放置的方式,确保在内包装需要增加湿度卡时,避免PCB受到湿度卡的污染氧化,从而保障PCB质量保证性。

一、试验条件和设备:

取外观合格的板件进行试验,真空包装后,参考IPC J-STD-003B 3.4.2加速老化的条件,将包装好的板放进恒温恒湿箱内,温度72℃±5℃、湿度85%±3%,其中1组放置8个小时、另1组放置24个小时。加速老化之后采用外观等分析和判定湿度卡对PCB板面的影响程度。

湿度指示卡标称范围一般由10%~60%、总共为6个涂层圆圈,其上方的百分率数据是对应圆圈指示的相对湿度值。圆圈点随着环境相对湿度RH值的变化分别由蓝色逐渐变成粉红色,当指示点变成紫色(介于蓝色与粉红色之前)的时候,指示点中的数值就是当前的环境湿度。由于本文实验主要采用恒温恒湿箱加速老化,重点分析湿度卡对板件的污染程度,其放置于包装中的湿度卡的指示点的颜色变化情况则不做相应分析。

二、模拟湿度卡对沉镍金表面处理板焊盘的污染试验:

先采用目前客户要求比较普遍的沉镍金PCB板件进行模拟试验。取10个样品和相同数量的湿度卡,试验温度72度、湿度85%控制一致,采用2种放置时间(8小时、24小时)、5种类型的包装放置进行正交试验,试验后以沉镍金表面的氧化变色程度进行确认和分析,可以得知无论是放置时间为8小时还是24小时,当湿度卡与板件之间采用“直接贴放在板面上”、或采用单张“无硫纸”隔放,在PCB板件上的金面上都存在非常明显的污染氧化痕迹,同时,从污染到金面的区域外观确认分析,沉镍金污染氧化后形成圆点直径尺寸基本与内包装的湿度卡显示点相同。而湿度卡采用其它的隔放方式,则PCB金面呈无污染变化、或轻微的污染氧化。

下面分析同一块沉镍金板件中无受污染氧化的正常位置、受污染氧化的不良位置的金面情况比对,并确认受污染氧化的不良位置可焊性湿润性相对较差,不符合IPC或客户标准要求。

经过试验后的金面外观确认污染氧化变色状况,按5分制,分为无变化(1)、轻微(3)、明显(5)三个等级进行评判,结果如表1。

表1.jpg

根据试验分析,确认湿度卡随着与PCB一起存放达到一定的时间,沉镍金表面处理的PCB呈现明显或不明显的污染情况,只是湿度卡的包装方式不同而表现程度不一。同时,根据统计分析,湿度卡随着与PCB一起存放的时间越长,印制板受到湿度卡的污染也随之呈现增大的态势,表现正相关性。

另外,试验采用“无硫纸+白纸”、或“双张白纸”隔放等情况时,湿度卡基本上都没有对内包装中的PCB造成污染导致氧化缺陷,而采用“直接贴放在板面上”、“(单张)无硫纸”隔放时,则污染程度最大(图1)。

图1.jpg

三、模拟湿度卡对不同表面处理板件的焊盘的污染试验:

为更全面确认湿度卡在内包装中对不同表面处理工艺的PCB的影响程度进行拓展试验,以便后续对内包装作改善提供实验参考依据。

每种表面处理工艺各取10个样品和相同数量的湿度卡,再对每种表面处理工艺样品分成2组,分别按照湿度卡5种类型的包装放置。试验的温湿度条件不变,仍然采用温度72度、湿度85%控制,试验的情况列表如下。试验后也按5分制,分为正常(1)、轻微(3)、明显(5)三个等级进行评判,结果如下(试验图片略)(表2):

表2.jpg

同样的,根据试验分析,确认湿度卡随着与PCB一起存放的时间越长,整体相应板件受到湿度卡的污染呈现增大的情况(图2)。

图2.jpg

同时,在各个表面处理的试验板件中,喷锡受到湿度卡的影响程度最低、沉银和OSP影响程度最大。这是由于不同表面处理的表面结晶致密性、厚度及抗污染能力等存在差别有关。其中沉银、OSP等的抗污染能力最弱,因而受到湿度卡等物质、外部环境湿度变化等外部因素的影响相对要“敏感”许多。

根据湿度卡5种类型的包装放置对PCB的影响分析,湿度卡“直接贴放在板面上”的方式对PCB直接进行接触,整体对PCB的污染氧化程度表现最严重;而采用“无硫纸”隔放,由于无硫纸厚度也相对比较薄,对经过长时间的储存后也对PCB影响比较大。在所有的湿度卡包装放置方式中,采用“双张/面白纸”隔放湿度卡对所有的试验板件的污染影响最小,表现最佳,在经得起长时间温湿度处理存放后,仍然非常有效得阻隔湿度卡对PCB的污染,从而起到既满足客户要求内包装增加湿度卡方便确认板件存放状态的同时,又保证PCB的出货质量,避免客户装配后焊接可靠性不良而表现连接导通开路等失效缺陷。

四、实验结论:

PCB内包装内的湿度卡需要与PCB表面直接接触,由于湿度卡的支持材质是纸质的,存在毛细纤维等细小通路,而湿度卡指示圆圈点中颜色变化的化学物质(如含Cl等化合物),在长时间存放的过程中通过湿度卡纸上细小的通路渗透到与之接触的PCB表面,从而对PCB表面产生污染。

综合上面的试验,确认在沉镍金、沉锡、OSP、喷锡、沉银等5种表面处理的PCB板件中,湿度卡对于沉银、OSP板件的氧化影响比较大、而对于喷锡板件没有存在明显的影响。

根据试验的情况分析,在出货前对PCB进行真空内包装过程,如果客户有要求增加湿度卡时,PCB与湿度卡之间采用“双张/面白纸”隔放,可以有效避免所有表面处理板件受到湿度卡的污染氧化,从而保障PCB质量。

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关键词: PCB包装,湿度显示卡,指示卡,湿度指示卡,防

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