在半导体制造领域，每一道工艺环节都直接影响着最终产品的性能、可靠性与使用寿命。作为半导体设备的核心组件，PCB（印刷电路板）和芯片的制造工艺精细度与质量控制水平，直接决定了整机性能与长期稳定工作的能力。在众多工艺中，烘烤通过精准的加热处理，有效去除材料中的水分和挥发性杂质，释放内部应力，增强结构稳定性，从而显著提升PCB和芯片的电学性能与可靠性。该过程不仅能够预防因残留水分或杂质引起的分层、腐蚀等物理化学问题，也确保半导体设备在复杂苛刻的工作环境下仍能保持稳定运行。
一、PCB和芯片烘烤的作用
1、去除水分：在电子制造过程中，无论是PCB还是芯片，都不可避免地会吸收环境中的水分。这些水分在后续的高温工艺中，如焊接或固化，可能会膨胀并产生气泡，导致分层、空洞或焊点缺陷。通过烘烤，可以有效去除PCB和芯片内部及表面的水分，预防这些问题的发生，从而显著提升产品的可靠性。
2、增强粘结能力：在芯片封装过程中，通常需要使用胶水或银浆将芯片固定在基板上。烘烤能够使这些粘结材料固化，从而增强芯片与基板之间的粘结强度。这对于确保芯片在长期使用过程中的稳定性至关重要，尤其是在面对温度变化、机械振动等外部因素时。
3、促进材料反应：许多电子制造材料，如塑封料中的环氧树脂和酚醛树脂，需要通过烘烤来完成固化或交联反应。这一过程不仅使材料的性能更加稳定，还能减少分层风险，提高封装的整体质量。对于PCB而言，阻焊剂的固化同样依赖于烘烤工艺，以确保其在后续的焊接过程中能够有效保护线路免受焊锡的侵蚀。
4、去除杂质和气体：在制造过程中，PCB和芯片材料中可能会残留杂质和气体。这些杂质和气体在高温下可能会导致气泡的产生，进而影响产品的性能和可靠性。烘烤过程能够促使这些杂质和气体逸出，从而减少气泡的形成，确保封装的完整性和质量。
5、降低内应力：电子制造过程中的各种工艺步骤，如切割、蚀刻等，都可能在PCB和芯片中产生内应力。内应力的存在可能导致产品在后续使用中出现裂纹或变形。通过烘烤，可以释放部分内应力，从而使PCB和芯片在长期使用过程中保持更好的稳定性。
6、改善焊接质量：对于PCB而言，烘烤后的表面更加干燥和清洁，有利于焊接过程中焊锡的流动和扩散。这不仅提高了焊接质量，还减少了焊接缺陷的发生，如焊点空洞和虚焊。良好的焊接质量是确保电子设备性能稳定的关键因素之一。
7、提高耐温性：烘烤可以使PCB和芯片材料的性能更加稳定，从而提高它们在高温环境下的耐温性。这对于那些需要在高温条件下工作的电子设备，如汽车电子、工业控制设备等，尤为重要。通过提高耐温性，可以延长产品的使用寿命，降低故障率。
8、防止氧化：在一些对氧化敏感的应用场景中，烘烤过程中可以充入氮气等惰性气体，以降低烘箱内的含氧量。这可以有效防止PCB和芯片表面及内部的金属层氧化，从而提高它们的导电性和可靠性。这对于保证电子设备的性能和寿命具有重要意义。
二、PCB和芯片烘烤的工艺
1、温度控制：烘烤温度是影响烘烤效果的关键因素。对于PCB，常规的烘烤温度通常为85℃±5℃，而对于潮湿敏感器件（MSD），烘烤温度一般为110±5℃。在芯片封装后固化过程中，温度可能需要达到200℃左右，具体温度取决于所使用的材料和工艺要求。温度过高可能导致材料损坏或性能下降，而温度过低则无法达到预期的烘烤效果。精确的温度控制是确保烘烤质量的关键。
2、时间控制：对于PCB，根据其制造日期和存储时间，烘烤时间可能从8小时到16小时不等。对于潮湿敏感器件，烘烤时间可能从8小时到48小时不等，具体取决于封装的厚度和材料特性。在芯片封装后固化过程中，烘烤时间通常较短，但需要根据具体工艺进行调整。时间过长可能导致材料过度反应或性能下降，而时间过短则无法完全去除水分或完成固化反应。
3、升温速率：在潮湿敏感器件的烘烤过程中，升温速率是一个关键参数。升温速率应控制在≤1.5℃/min，以防止内部湿气膨胀导致“爆米花效应”。缓慢的升温速率可以确保材料在升温过程中逐渐释放水分，避免因水分膨胀而产生的内部损伤。
4、充氮保护：在一些对氧化敏感的应用场景中，烘烤过程中可以充入氮气等惰性气体，以降低烘箱内的含氧量。这可以有效防止PCB和芯片表面及内部的金属层氧化，从而提高导电性和可靠性。充氮保护尤其适用于高温烘烤或长时间烘烤的情况，以确保材料在高温下的稳定性。
三、PCB和芯片烘烤适用的烘箱
1、高温精密烘箱：能够提供更高的温度范围，通常在200℃到300℃之间。这些烘箱适用于需要高温固化或交联反应的材料，如聚酰亚胺胶、环氧树脂等。高温精密烘箱在半导体封装、航空航天等领域具有重要应用，能够满足高端制造工艺的要求。
2、充氮烘箱：在烘烤过程中可以充入氮气等惰性气体，以降低烘箱内的含氧量。这可以有效防止PCB和芯片表面及内部的金属层氧化，从而提高它们的导电性和可靠性。充氮烘箱适用于高温烘烤或长时间烘烤的情况，以确保材料在高温下的稳定性。广泛应用于半导体、电子产品、五金制品等行业的无氧化干燥、焊接、退火等高温烘烤。
3、真空烘箱：在烘烤过程中可以提供真空环境，这有助于更有效地去除PCB和芯片中的水分和气体。真空环境可以降低水的沸点，使水分更容易逸出，从而提高烘烤效率。真空烘箱通常用于对水分敏感的高端应用，如航空航天、汽车电子等领域。适用于PCB和芯片的干燥、固化、退火等工艺，尤其在需要去除有机污染物时效果显著。
4、 热风循环烘箱：通过热风在烘箱内循环，使PCB和芯片受热均匀，确保烘烤效果一致。这种烘箱的温度控制精度较高，适合大批量生产。适用于PCB和芯片的预热、老化、烘烤和热固化等工艺。
PCB和芯片烘烤技术在电子制造中，通过去除水分、增强粘结能力、促进材料反应、去除杂质和气体、降低内应力、改善焊接质量、提高耐温性以及防止氧化等多种作用，烘烤技术显著提升了PCB和芯片的质量与可靠性。在消费电子、通信、汽车电子、工业控制、航空航天等多个行业中，烘烤技术被广泛应用，以满足不同应用场景对电子设备性能和可靠性的严格要求。
