PCB 湿度敏感性指南

虽然可以通过热成像和声学显微镜检测分层的影响，但它们并不总是以明显的症状形式表现出来，如变色和表面起泡。总体而言，首先要防止水分到达 PCB 是非常可取的。这种保护可以通过预烘烤和适当储存等过程来实现。 PCB 的设计也会影响水分是否更可能成为问题。印刷电路板 (PCB) 最令人困扰的问题之一是水分的存在。如果 PCB 内存在水分，由它引起的不稳定很容易对表面元件产生分层效应。任何时候对 PCB 进行焊接或返工，分层很容易因水分含量而扩大。

水分对 PCB 的影响

水分的存在会导致PCB上的各种功能故障，取决于扩散发生时哪些组件或导电路径与其接触。水分会在环氧树脂玻璃、树脂或玻璃界面中溃烂，并在电路板上出现裂缝。通常与水分相关的问题包括电路速度减慢和相应设备功能的延迟时间增加。如果问题超过一定限度，设备可能根本无法激活。

已经进行了测试，显示了印刷电路板中吸湿和解吸的影响。在具有不同密度的电镀通孔的 PCB 中，截留的水分具有不同的解吸率，具体取决于每个孔之间的距离。在高度饱和的 PCB 中，在高温环境下解吸可能需要数百小时。

如果将 PCB 放置在大气湿气压力超过电路板及其组件电阻的环境中，湿气会渗入 PCB。为防止水分分层对 PCB 产生影响，只能在水分含量低于 0.1% 的高温或水分含量低于 0.2% 的低温下进行焊接。高温焊接会在 260 摄氏度左右徘徊，而低温焊接会在 230 摄氏度左右。

检测和去除水分

当测量 PCB 存储电能的能力时，可以检测到电路板内水分含量的变化。在此过程中使用电容传感器。电容水平与空穴密度成反比移动。如果后者高，则前者低，因为水分与表面之间的距离更小，但水分逸出的空间更大。

在非 PTH PCB 中，电容以更快的速度下降。因此，这些板需要更少的烘烤时间才能具有足够低的水分含量。在 PTH 板上，水分逸出的暴露表面空间较小。

由于铜平面对解吸过程的反作用，应在考虑其设计的情况下对其进行烘烤。一方面，您可以通过更长时间的烘烤过程更有效地从电路板中排出水分，但这样做可能会降低电路板的可焊性和功能容量。因此，应测量烘烤时间以避免这些可能的副作用。

去除水分的过程并不总是产生可预测的结果。例如，当烘烤开始时，一对相同的铜平面可能会在中心发生水分爆发，但稍后会扩散。如果这种瞬时水分膨胀发生在最有可能分层的电路板区域，则可能是烘烤的意外副作用。

在某些电路板上，一旦水分扩散到几层，就根本不可能去除水分。因此，在组装的初始阶段采取措施防止水分进入电路板至关重要。

为什么会这样？

PCB受潮最常见的方式之一是通过冷接触冬天的空气。在寒冷的温度下，大气中的热量不足以吸收水分。结果，空气中的水分被释放到寒冷的表面上。如果表面变得比空气本身更冷，则该表面可以用作释放水分或冷凝物的磁铁。这个过程就是为什么冬天窗户经常会起雾的原因。

放置在冷凝区域附近的冷物品也容易从空气中吸收水分。例如，放置在有雾的窗台上的花瓶很容易被水滴弄湿。任何可能变得比内部空气更冷并保持积水的表面都可以用作磁铁，包括计算机组件的表面。

不活动的计算机或外围设备的内部和外部表面在冬季很容易变冷。随着表面变得比空气本身更冷，它们会吸引水分。对于内部组件，如果没有通风孔让水分逸出，问题可能会更加严重。例如，PCB 可以水平放置在计算机盒、扫描仪、视频播放器或立体声设备内。在一天中的几个小时里，当房子是空的，尽管室外温度很低，热量和电力都关闭了，这些设备可以用作吸湿磁铁。

随着湿气扩散到 PCB 和其他内部电路的表面，设备最终可能无法重新通电。当设备在冬季处于休眠状态并且在春季无法激活时，有时是内化水分的原因。由于设备本身一直处于非活动状态，因此在所讨论的时间跨度内设备内没有产生内部热量。

湿气在 PCB 上积聚的其他方式包括：

包装不足： PCB 在包装或存放在不牢固的袋子和柜子中时也可能与湿气接触。如果电路板采用不健全的包装运输，无法提供环境条件保护，则在某些条件下水分可能会渗入。在某些情况下，湿气会在到达客户手中之前扩散到 PCB 的各层中。
组装： 湿气与 PCB 接触的最难以捉摸和令人沮丧的方式之一是在组装过程中环境空气中的水颗粒落在电路板上。如果水在焊接之前落在电路板本身上并通过层扩散，则电路板本身基本上可以制造有缺陷。即使存在去除水分的步骤，这些相同的步骤也可以打开电路板以进一步暴露。
烘焙： 在用于对抗 PCB 水分的最常见过程中，电路板内的水分甚至会膨胀：烘烤。虽然烘烤的目的是将 PCB 加热到迫使水分排出的温度水平，但内化的水分分子通常会随着电路板内温度的升高而瞬间膨胀。虽然大部分水分最终会从 PCB 中排出，但瞬时膨胀会导致电路板内进一步不可逆的扩散。

IPC 水分标准

2010 年，制定了 PCB 湿度控制的 IPC 标准，以纠正该主题在 PCB 维护的整体范围内受到的忽视。只要采取措施防止湿气进入电路板，涂层焊锡板就可以长时间保持其可焊性。或者，如果采用适当的步骤来分散水分，木板可以使用更长时间。

根据指南，烘烤是一种从 PCB 上去除水分的实用方法，而预先存在的工艺控制无法防止水分进入。然而，该指南还警告说，烘烤会导致费用增加、循环时间延长和可焊性降低。烘烤过程还包括进一步的处理，这可能会对 PCB 造成损坏和污染。因此，在PCB的组装、处理和储存过程中，应尽可能避免烘烤，并进行预防性维护。

该文件特别警告不要烘烤有机可焊性防腐剂 (OSP) 涂层，因为烘烤会降低光洁度。在无铅焊接中，OSP 涂层很常见，因为其应用中涉及成本效益高且步骤简单。尽管有这些优点，但由于涂层的简单性，OSP 层很容易氧化，这是保护底层铜表面的唯一方法。使用 OSP 涂层只需几分钟即可发生表面分离和水分扩散。

PCB 通常采用包装运输，使电路板易受潮。在许多情况下，PCB 是用箔袋或 ESD 袋装运的。因此，这种板通常带有危险的水分扩散量。如果它们在收到后存放在包裹中，那么这些板很容易在几个月内被毁坏。 PCB 应改为装在防潮袋 (MBB) 中运输和储存。

如何防止 PCB 受潮

在PCB的制造过程中，层压过程应在一个空气系统由干燥剂干燥剂调节的温度控制环境。在每个工作周期中戴上新手套也很重要，以避免污染在不同组件之间传播。

PCB层压的整个过程对成品有脱水作用。正是在这个阶段，预浸料和芯材就位，各层粘合成一块板。一些制造商在此阶段应用低压真空效应，以防止可能在层内捕获水分的内部空隙。

在某些 PCB 制造商中，通常的做法是在层压之前烘烤预浸料。这里的目标是防止在成品板上形成湿气袋和水泡。当预浸料事先在不受管制的存储环境中花费了一定时间时，此步骤最有用。否则一般不需要这一步。

PCB 中最有效的防潮方法之一是网状铜平面，它可以抑制水分在层间以及板内和板外的传播。网状铜平面也可作为层间更牢固的粘合材料。但是，它们在 PCB 中的存在会降低电路板的电容量。

如何去除 PCB 上的水分

消除 PCB 水分的主要方法是烘烤，在烘烤过程中施加高热量以排除嵌入的水分痕迹。烘烤是一种流行的方法，因为在大多数环境中高温是去除水分的有效方法。当热量通过经过这种处理的各层时，效果通常会彻底而持久。在 PCB 运送到商店和电子工厂之前的组装阶段通常会使用烘烤。

尽管烘焙通常具有积极的效果，但该过程也有其缺点。如果 PCB 包含较大的铜平面，则在背衬过程中水分浓度起初可能会膨胀，从而导致分层。正是在膨胀的那几秒钟内，水分扩散才会发生。一旦发生这种情况，去除水分的过程就会变得更加困难，如果不是不可能的话。

将 PCB 放置在干燥箱中时，可以排出其中的水分，从而使电路板保持在理想温度，空气蒸汽少于 0.05g/m3。这种环境在 PCB 上提供真空效应，阻止水分凝固或扩散。干式外壳还可以防止氧化和金属间化合物的发展。多氯联苯可以无限期储存在干燥的密闭空间中，几乎没有腐烂的风险。

将多氯联苯正确存放在干燥的隔间中很重要。当它们被运输并保留时，PCB 应包装在 MBB 中。带有除湿空气的干燥存储单元可以防止在 PCB 等待用于计算机或电子设备的数周或数月内受潮。

如果设备本身处于潮湿的环境中，则有源设备中包含的 PCB 可能会与水分接触。位于窗户起雾的房间中，停用的设备很容易在内部和外部具有湿润的表面，即使问题对肉眼来说并不明显。您可以通过在寒冷月份保持电子设备处于活动状态并保持合理温暖的室内温度来避免此问题。例如，一台有源计算机会产生足够的内部热量来消除 PCB 和其他组件中的水分。

另一种防止电子元件受潮的方法是将此类设备垂直放置。一个水平的计算机盒将有一个躺着的 PCB，它可能会承载常存的水分。在计算机塔中，PCB 位于垂直位置。当目标是通过一切必要的方式去除水分时，垂直优于水平。

Millennium Circuits Limited 的印刷电路板

如果您使用印刷电路板，PCB 吸湿性是一个重要的问题任何种类的产品。为确保电路板的长寿命，在组装、搬运、装运、存储、安装、维护和搬迁的各个阶段都必须掌握 PCB 搬运注意事项。

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