Master's Thesis

Optimization of the PCB Drying Process Prior to Thermal Processing with Verification of a New Measurement Method

Final Thesis 6.6 MB

Author of thesis: Ing. David Nohel

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Josef Skácel, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis deals with the issue of moisture in printed circuit boards (PCBs), its
influence on material properties, and the effectiveness of drying methods used in the
manufacturing of electronic assemblies. The thesis reviews available PCB drying
methods, identifies risks associated with elevated moisture content, and analyses the
recommendations of the IPC-1602 standard for PCB storage, handling, and drying. In the
experimental part, test PCBs with integrated capacitive sensing structures were designed
and fabricated to evaluate changes in the dielectric properties of the material depending
on moisture content. A methodology for climatic exposure, drying, and subsequent
evaluation using electrical measurements and a reference gravimetric method was
developed. The results demonstrate both the possibilities and limitations of the capacitive
approach for determining the drying level of PCBs and discuss its potential application
in electronic assembly manufacturing

Keywords:

Printed circuit boards, moisture, drying, gravimetric weighing, IPC-1602, electrode
measurement, climatic chamber.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své diplomové práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Komise se doptala na relativní úbytek hmotnosti. Student bez problémů odpověděl a dále popsal co konkrétně byla jeho práce v diplomové práci. Přemýšleli jste o struktuře s jenom vylitou mědí? Student tuto problematiku komunikoval.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics (MPC-MEL)

Composition of Committee

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ivan Szendiuch, CSc. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Kováč, Ph.D. (člen)
Ing. Břetislav Mikel, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Davida Nohela se zabývá optimalizací procesu sušení desek plošných spojů před teplotním zpracováním a ověřením nové metody měření úrovně vysušení pomocí elektrických kapacitních struktur. Práce byla řešena pro firmu Rohde & Schwarz, což podtrhuje její praktické zaměření a návaznost na reálné technologické potřeby průmyslové výroby elektronických sestav. Student splnil zadání v plném rozsahu. Zpracoval rešerši problematiky vlhkosti v DPS, metod sušení, souvisejících defektů a doporučení normy IPC-1602. V praktické části navrhl a realizoval testovací DPS s měřicími strukturami, připravil metodiku klimatického zatěžování, sušení, gravimetrického vážení a elektrického měření a provedl experimentální porovnání navrženého senzorového přístupu s referenční gravimetrickou metodou.

Práce má velmi dobrou odbornou úroveň a výrazný praktický charakter. Pozitivně hodnotím zejména rozsah experimentální části, návrh několika typů testovacích DPS, samostatné řešení metodiky měření a schopnost studenta propojit technologickou problematiku výroby DPS s měřením elektrických parametrů materiálu. Výsledky práce ukazují možnosti využití kapacitních struktur pro sledování změn vlhkostního stavu DPS a mohou sloužit jako základ pro další vývoj této metody. Dílčí nedostatky práce se týkají především formální a jazykové stránky, zejména překlepů, drobných nejednotností v názvech a číslování podkapitol a místy popisnějšího charakteru některých částí. Diskuse výsledků mohla být v některých pasážích ještě více kvantitativní, zejména z hlediska opakovatelnosti, citlivosti a praktických limitů navrženého přístupu.

Celkově se jedná o kvalitní diplomovou práci, která prokazuje schopnost studenta samostatně řešit technický problém od rešerše přes návrh experimentální sestavy až po vyhodnocení výsledků. Práce splňuje požadavky kladené na diplomovou práci, má prakticky využitelné výstupy a dosažené výsledky jsou přínosné pro další vývoj metod hodnocení vlhkosti v DPS před tepelným zpracováním. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji 97 body. Points proposed by supervisor: 97

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Josef Skácel, Ph.D.

Student Bc. David Nohel vypracoval diplomovou práci na téma „Optimalizace procesu sušení desek plošných spojů“. Práce se zabývá především návrhem a realizací testovacích DPS s vnitřními měřicími strukturami za účelem sledování dějů souvisejících s vlhkostí uvnitř desky. Student navrhl tři typy testovacích kupónů, které umožňují sledovat rozdílné aspekty absorpce a desorpce vlhkosti: desetivrstvý vzorek s interdigitálními strukturami ve vnitřních vrstvách, čtyřvrstvý vzorek pro sledování horizontální difuze od hran a dvouvrstvý vzorek s plošnou kapacitní strukturou. Kladně hodnotím použití povrchové úpravy ENIG/Hard Gold na kontaktních ploškách, návrh kalibračních struktur typu Open/Short a snahu o potlačení nežádoucích cest difuze pomocí měděných polygonů a pokovení hran. Text práce je logicky členěn a dobře čtivý. V některých částech jsou postupy popsány až příliš detailně, avšak právě z tohoto důvodu může práce sloužit jako podrobný návod pro orientaci v dané problematice. Formální stránka práce je celkově v pořádku, přesto se v textu vyskytuje poměrně dost překlepů a obr. 21 má nejspíše nesprávný popisek. Práce má zcela jasný přesah do praxe, neboť tento výzkum vznikal ve spolupráci se společností Rohde & Schwarz. Z práce je patrné, že student postupoval inženýrským přístupem a odvedl značné množství práce. Oceňuji také jeho houževnatost, kdy při poruše dvou vlhkostních komor přišel s vlastním řešením tohoto problému. Celkově na mě práce působí výborným dojmem a hodnotím ji 95 body, tedy známkou A. Topics for thesis defence:
  1. 1) Vysvětlete, na jaké úvaze byly zvoleny geometrie interdigitálních struktur?
  2. 2) Uvažoval jste při gravimetrickém vyhodnocení rozdílný podíl mědi u 2V, 4V a 10V DPS?
  3. 3) A jak si vysvětlujete, že má 4V DPS nejnižší relativní úbytek hmotnosti viz obr. 76?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová