Leiterplattentechnisch - Sprechen Sie über die Zuverlässigkeit von PCB

Eine der Grundfunktionen von PCB ist die Übertragung elektrischer Signale.

Die Zuverlässigkeit der Leiterplatte zu studieren bedeutet zu untersuchen, ob ihre Grundfunktionen nicht verloren gehen oder einige ihrer elektrischen Leistungsindikatoren sich nicht verschlechtern, das heißt, die Haltbarkeit ihrer Funktionen. Dieses Papier beabsichtigt, die Zuverlässigkeit von Leiterplatten aus drei Aspekten zu untersuchen: die Qualität von nachgeschalteten Leiterplattenbenutzern nach der Installation, die Qualität des direkten Benutzerdebuggings und die Qualität der Produktnutzung, um die Qualität der Leiterplattenbearbeitung zu charakterisieren und den grundlegenden Weg zur Herstellung von Leiterplatten mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen.

Zuverlässigkeitsanalyse von 1-Leiterplatten

Qualitätscharakterisierung von 1.1 PCB nach Installation

Nach der PCB-Installation spiegelt sich die Qualität der PCB direkt in:

Überprüfen Sie visuell das Aussehen der Leiterplatte, ob Schaumbildung, weiße Flecken, Verzerrung und andere Phänomene vorliegen.

Eines der Bedenken ist, dass Blasen, das von Branchenkennern als "Explosionsplatine oder Schichtung" bezeichnet wird, nach der Installation einer zuverlässigen Leiterplatte nicht auftreten sollte. Um eine hochzuverlässige Leiterplatte zu erhalten, müssen die folgenden Aspekte gestartet werden.

Auswahl von 1.1.1 PCB Material

Die Leistung derselben Art von PCB-Basismaterial unterscheidet sich stark von verschiedenen Herstellern, und die Leistung verschiedener Arten von PCB-Basismaterial unterscheidet sich noch mehr. Die PCB-Verarbeitung wählt das Basismaterial aus, um sowohl die Wärmebeständigkeit des Materials als auch die elektrische Leistung des Materials zu berücksichtigen. In Bezug auf die Installation betrachten wir die Hitzebeständigkeit des Materials mehr. Die thermische Beständigkeit von Materialien wird allgemein als Glasübergangstemperatur (Tg) und thermische Zersetzungstemperatur (Td) bezeichnet. Derzeit ist die PCB-Installation in bleifreie, bleifreie und gemischte Installation entsprechend der Lötstellenzusammensetzung (bleifrei und bleifrei) der Komponenten unterteilt. Die entsprechenden Spitzenreflow-Löttemperaturen liegen bei 215, 250 und 225 Grad C. Daher sollten Leiterplattenmaterialien für verschiedene Installationsmethoden unterschiedlich ausgewählt werden. Für bleifreies Löten werden Platten mit Tg höher als 170 C gewählt. Für Mischbauschweißen werden Platten mit Tg höher als 150 C ausgewählt.

Zum Bleilöten sind alle Materialien geeignet, aber Tg-Platten über 130 C werden in der Regel verwendet. Neben der Berücksichtigung von Tg sollte generell auf die Marke und das Modell des Herstellers geachtet werden. Derzeit sind die allgemein verwendeten Platten mit stabiler Leistung Tuc, Isola, Hitachi, Neleo, etc.

1.1.2 Prozesssteuerung

Bevor PCB die Fabrik verlässt, sollten Proben genommen werden, um den Lieferzustand und den thermischen Belastungstest durchzuführen, deren Zweck darin besteht, sicherzustellen, dass die Installation nicht geschichtet ist usw. Obwohl das Produkt mit defektem Lieferzustand und voll qualifiziertem thermischem Belastungstest nicht garantiert werden kann, dass es fehlerfrei installiert wird, müssen versteckte Gefahren bestehen, wenn das Produkt mit defektem Lieferzustand installiert wird. Daher sind der Lieferzustand und der thermische Belastungstest frühe Prädiktoren für die Installationsqualität. Auf diese Weise sind Lieferstatus und thermische Belastungsqualifizierung für die Leiterplattenlieferung notwendig. Aus diesem Grund sollte bei der Verarbeitung der Leiterplatte auf die folgenden Aspekte geachtet werden, um sicherzustellen, dass der Lieferzustand und der thermische Stresstest qualifiziert sind und die Qualität nach der Installation zu verbessern.

1.1.2.1 Definieren Sie PCB-Verarbeitungsanforderungen

Die Ergebnisse des PCB-thermischen Belastungstests werden durch die Anzahl der Schichten, die Dicke, die BGA-Neigung (oder den Mittelabstand zwischen Löchern), die Leiterkupferdicke usw. beeinflusst. Platten mit mehr als 12-Schichten und dicker als 3.0 mm sind anfällig für Mikrorisse und Lochwanddefekte nach thermischer Belastung aufgrund des großen Z-Achsen-Ausdehnungs- und Kontraktionswertes.

Die BGA-Neigung ist kleiner als 0,8 mm oder der Lochwand-Mittelabstand kleiner als 0,5 mm. Aufgrund der großen Wärmekapazität wird die Wärme während der Installation konzentriert, wodurch die dielektrische Schicht leicht geschichtet wird. Daher sollten Materialien mit Tg höher als 170 C für die Verarbeitung solcher Leiterplatten ausgewählt werden.

Leiterdicke größer als 35 μ M, hohe Wärmekapazität, hohe Beständigkeit gegen Harzfluss, verwenden Sie so viele halbgehärtete Platten mit hoher Fließfähigkeit wie möglich während der Laminierung. Für Leiterplatten mit einem Lochdurchmesser weniger als 0,3 mm beeinflusst die Qualität des Bohrens direkt die Qualität der Lochwand. Die Bohrparameter sollten streng kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Lochwand sauber, flach und klein ist.

1.1.2.2 Feine Prozesssteuerung

Die Schichtung erfolgt in Wechselzustand- und thermischen Spannungsexperimenten. Der Hauptgrund ist, dass der Defekt der Oxidationsbehandlungsqualität des Innenleiters zu einer schlechten Haftung von Kupfer auf halbausgehärtetem Blatt oder zur Färbung oder Feuchtigkeitsaufnahme von halbausgehärtetem Blatt führt. Der Oxidationsprozess variiert je nach Material. High Tg Materialien sind hart und spröde und werden durch samtiges Braun oxidiert. Herkömmliche Materialien können durch kristallines Schwarz oxidiert werden [2]. Natürlich beeinflusst die Rauheit der Leiteroberfläche direkt die Bindungskraft von Kupfer an halbgehärtete Bleche. Daher muss unabhängig von der Art der Oxidationsbehandlung die Oberflächenrauheit der Oxidation klar definiert werden. Gleichzeitig sollten während des Laminierungsprozesses Verunreinigungen und Feuchtigkeitsaufnahme von Materialien so weit wie möglich vermieden werden. Aus diesem Grund müssen die Backbedingungen des einzelnen Blechs quantitativ kontrolliert werden, das halbausgehärtete Blech muss entfeuchtet und die Sauberkeit der Umgebung und die Betriebsvorgaben im Laminat kontrolliert werden. Bei der Steuerung des Laminierungsprozesses müssen je nach Art und Menge der Platten effektive Laminierungsparameter festgelegt werden, um eine ausreichende Benetzung des Harzes und Durchflussrate zu gewährleisten, um Hohlräume zu vermeiden.

Charakterisierung der Debugging-Qualität von 1.2 PCB

Die Qualität des PCB-Debugging hängt hauptsächlich davon ab, ob das Debugging-Ergebnis die Designanforderungen reibungslos erfüllt. Nach der Installation umfasst das PCB-Debugging reibungslos die Verarbeitungsqualität der PCB, die auch eine wichtige Information ist, um die Zuverlässigkeit der PCB zu charakterisieren. Im Allgemeinen hat die Platine mit glattem Debugging eine hohe Zuverlässigkeit. Im Gegenteil, wenn das Board nicht reibungslos debugged wird, muss es versteckte Gefahren in seiner Zuverlässigkeit geben. Die Verarbeitungsqualität der Leiterplatte betrifft hauptsächlich die Linien-, Scheiben- und Medienschichten der Leiterplatte.

Einfluss des Leiterplattenleiters 1.2.1 auf die Leiterplattenqualität

Mit der feinen Entwicklung elektronischer Produkte, zusammen mit der kontinuierlichen Verbesserung der PCB-Verarbeitungstechnologie, sind PCB-Drähte nicht mehr einfache Signalübertragung, sondern ergänzt durch viele funktionale Anforderungen wie Impedanzlinien, Konturlinien, Reaktanzleitungen usw. Infolgedessen haben Defekte von Drähten wie Lücken, Grate, Formecken usw. mehr und mehr offensichtlichen Einfluss auf die Leistung von PCB (3). 10% Abweichung der Linienbreite kann Impedanzänderungen von bis zu 20%. Lücken und Grate von Drähten können das Signal bis zu 0.1 ns verzögern. Formunterschiede von Drähten können Reflexion, Rauschen und andere Störungen verursachen, um die Integrität der Signalübertragung zu beeinträchtigen. Es kann gesehen werden, dass die Qualität der Linie bei der Herstellung von Leiterplatten nicht ignoriert werden kann. Einerseits ist eine strenge Prozesskontrolle erforderlich, andererseits sind hochpräzise Produktionsanlagen und entsprechende Verfahrenstechnik (wie Halbaddition und Addition) erforderlich, um sicherzustellen, dass die Genauigkeit der Linie den Konstruktionsanforderungen entspricht.

Wirkung von 1.2.2 PCB Connecting Disk auf PCB Qualität

Die Anschlussscheibe hat in der Regel eine große Blende. Die Anforderung an die Ringbreite wird bei der Auslegung berücksichtigt. Die Qualität kann garantiert werden, aber die Qualität der Löcher variiert stark von Hersteller zu Hersteller. Bei einer Öffnung größer als 0,6 mm und einer Fensteröffnungsbeschichtung von Pb/Sn ist es unwahrscheinlich, dass das Problem auftritt. Jedoch werden für Löcher kleiner als 0.3 mm unterschiedliche Rauheit, unterschiedliche Reißtiefe, unterschiedliche Dicke und Gleichmäßigkeit der Lochwand durch verschiedene Parameter kleiner Löcher und schlechter Lösungsaustausch verursacht. So weit wie möglich werden in Zukunft verschiedene Durchlochbeschichtungsverfahren, wie das Abdecken mit lötbeständiger Tinte oder sogar Blocklöcher, übernommen, aber Blocklöcher haben wenig Einfluss auf die Beständigkeit von Löchern. Daher besteht der Unterschied in der Porenresistenz immer noch. Tabelle 1 listet die Ergebnisse der Widerstandstests von 0,25 mm Löchern verschiedener Hersteller auf.

Tabelle 1 Differenz des Lochwiderstands

Tabelle 1 Differenz des Lochwiderstands

Der große Porenwiderstand beeinflusst die Qualität der elektrischen Signalübertragung, gleichzeitig bricht er auch das Vorhandensein von nicht leitenden Verunreinigungen oder Löchern oder Rissen in der Porenwand. Solche Löcher, die von hohen Temperaturen beeinflusst werden, verursachen unweigerlich Risse oder Risse, was zu einem vollständigen Verlust der Funktion zur Bildung von Leiterplatten führt. Daher muss bei der Verarbeitung von Leiterplatten besonderes Augenmerk auf die Größe des Lochwiderstandswerts gelegt werden.

Wirkung der 1.2.3 PCB Schicht auf PCB Qualität

Die Leiterplattenschicht bezieht sich auf die Dicke und Gleichmäßigkeit des Verarbeitungsmaterials und der dielektrischen Zwischenschicht der Leiterplatte, die zuvor beschrieben wurde, mit Schwerpunkt auf der Dicke und Gleichmäßigkeit der dielektrischen Schicht.

Die Dicke der dielektrischen Schicht beeinflusst die Zwischenschichtisolierung der Leiterplatte, und ihr charakteristischer Parameter ist die Durchschlagsspannung. Je höher die Durchschlagsspannung, desto besser die Isolierung. Die Durchschlagsspannung von Leiterplatten, die in verschiedenen Feldern verwendet werden, kann unterschiedlich sein, aber die dielektrische Schicht ist dünn, die Durchschlagsspannung muss niedrig sein, und die dielektrische Schicht mit der gleichen Dicke ist dicker, so dass die Steuerung der dielektrischen Schichtdicke auf der Durchschlagsspannung basiert und die Art der halbgehärteten Blätter berücksichtigt. Die Gleichmäßigkeit der dielektrischen Schichtdicke beeinflusst die Stabilität der Signalübertragung. Die Dickenabweichung beträgt 10%, und die charakteristische Impedanzabweichung kann bis zu 20%. Die Gleichmäßigkeit der Dicke hängt einerseits mit Materialleistungsparametern wie Gelzeit, Harzflüssigkeit usw. zusammen, andererseits ist sie eng mit den Prozessparametern der Laminierung und der Genauigkeit der Ausrüstung verbunden. Daher muss die Gleichmäßigkeitskontrolle der dielektrischen Schichtdicke durch hochpräzise Ausrüstung und optimierte Laminierparameter gesteuert werden.

Charakterisierung der 1.3 PCB Nutzungsqualität

Die Stabilität der Leistung bei der Verwendung elektronischer Produkte hängt mit der Qualität der Leiterplatte zusammen. Die Fehler von Leiterplatten, die häufig im Gebrauch auftreten, sind Ionenmigration (CAF) und Lötqualität (Joint). Kupferionenmigrationssystem führt zu Kupfermigration zwischen zwei Leitern wie Porenwand zu Porenwand durch den Spalt zwischen Glasfaserbündel oder Garnbündel und Harz. Der Mechanismus besteht darin, dass nach dem Einschalten der Leiterplatte Kupfer bei Hochspannung (Anode) zuerst in Wasser korrodiert und dann zu Kupfer Cu2+ oxidiert. Kupferionen wandern langsam entlang des Kanals zum anderen Niederspannungspol. Das Niederspannungsende bewegt sich auch zur Anode, so dass Kupfer von den beiden wiederhergestellt werden kann, wenn sie auf dem Weg auf den Kanal treffen, und bildet eine Verbindung zwischen den beiden Orten, das heißt einen Leckage-Kurzschluss. Sobald ein Kurzschluss auftritt, wird der CAF durch hohe Widerstandswärme verbrannt, und dann wird ein neuer CAF gestartet. Das passiert Woche für Woche, manchmal ohne die Funktionalität elektronischer Produkte. Hier sind mehrere Szenarien, in denen CAF auftritt.

Es ist zu sehen, dass das CAF unter den folgenden fünf Bedingungen hergestellt werden muss: blanker Kupferleiter, Wasserdampf, Elektrolyt, Potentialdifferenz und Kanal. Die ersten vier Elemente sind bei der Verwendung elektronischer Produkte unvermeidbar. Kanäle können verwendet werden, um die Erzeugung von CAF zu steuern, und die Bildung von Kanälen hängt hauptsächlich mit dem Material, Bohren, Kontamination und anderen Faktoren bei der Herstellung von Leiterplatten zusammen. Generell gilt: Je feiner die Glasfaser, desto höher der Harzgehalt, desto besser die Zähigkeit und desto geringer die Wahrscheinlichkeit, dass ein Bohrreiß entsteht. Daher sollte das feine Glasfasermaterial soweit wie möglich für Leiterplatten verwendet werden, die in PCC mit hoher Dichte oder feuchter Umgebung verwendet werden. Unterschiedliches Material, unterschiedliche Anzahl von Löchern, verschiedene Bohrparameter, beim Bohren ist der Einfluss des Bohrers auf das Verstärkungsmaterial unterschiedlich, die Qualität der Lochwand ist unterschiedlich, der Schaden an der Lochwand ist auch unterschiedlich, und der Kernsauggrad ist unterschiedlich. Um das Auftreten eines Durchgangs zu verhindern, sollte daher die Qualität der Bohrlöcher streng kontrolliert werden, um glatte und flache Lochwände zu gewährleisten. Der Hauptzweck der Kontaminationsentfernung besteht darin, das beim Bohren von Löchern in den Innenleiter adsorbierte Harz zu entfernen. Natürlich wird auch das Harz in der Isolierschicht der Lochwand gebissen. Manchmal beißt das Harz in der Isolierschicht der Lochwand, um eine negative Ätzung zu bilden, sogar mehr. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Bissmenge streng kontrolliert werden. Ansonsten ist es sehr einfach, einen "Kanal" zu bilden.

Das Bild unten zeigt Harzbissüberschuss.

Leiterplatten und Komponenten sind durch geschweißte Lötstellen verbunden, die manchmal anormale Bedingungen aufgrund von Umwelteinflüssen bei der Verwendung elektronischer Produkte auftreten. Dies bezieht sich hauptsächlich auf den Oberflächenbeschichtungsprozess von PCB. Derzeit ist die Leiterplattenoberfläche mit Heißluftnivellierung, Verzinnung, chemischem Nickel-Gold, organischem Antioxidationsschutz, Silber und so weiter beschichtet. Die Lötstellen sind fest und zuverlässig. Aufgrund der ungleichmäßigen Verkabelung von chemischem Nickel-Gold ist es unvermeidlich, schwarzes Pad "Nickeloxid" zu produzieren. Gleichzeitig wird Ni3Sn4 IMC während des Schweißprozesses gebildet, mit der Infiltration von Gold und Phosphor, sind die Lötstellen zerbrechlich und die Zuverlässigkeit nimmt während des Langzeiteinsatzes ab. Die OSP-Bindungen bilden Cu6Sn5 IMC, und es gibt keine Kontamination durch andere Metalle (wie Au, Ag). Sie haben gute Festigkeit und Zuverlässigkeit. Silberimprägnierte Lötstellen bilden Cu6SnIMC, das eine gute Festigkeit aufweist, aber nicht alterungsbeständig ist. Silberimprägnierte Lötstellen können Mikro-Hohlräume bilden. Cu6Sn5 wird am Rand der Zinn eingetauchten Lötstelle gebildet, aber die Zinn eingetauchte Schicht wird allmählich vom unteren Kupfer absorbiert und wird IMC. Das Aussehen ändert sich von hellem Weiß zu grauem Weiß. Beim Galvanisieren von Ni-Au wird die Qualität der Lötstellen allmählich durch das Eindringen von Gold beeinflusst, obwohl weniger Phosphor und schwarzes Pad austrocknen und die Festigkeit der Lötstellen hoch ist. Daher beeinflusst die Wahl der Beschichtung auf der Leiterplattenoberfläche die Qualität der Lötstellen und beinhaltet den Nutzungseffekt elektronischer Produkte. Daher wird im hochzuverlässigen Produktdesign die PCB-Oberflächenbeschichtung für Heißluftnivellierung oder OSP bevorzugt.

2 Schlussfolgerung

(1) Die Zuverlässigkeit der Leiterplatte kann von drei Aspekten charakterisiert werden: Qualität nach der Installation, Debugging-Qualität und Nutzungsqualität. (2) Die Installationsqualität umfasst Materialauswahl und Prozesskontrolle. (3) Debugging-Qualität steht in engem Zusammenhang mit der Genauigkeitskontrolle von PCB-Grundelementen; (4) Die Qualität der Verwendung hängt mit der Umwelt und der Wahl der Oberflächenbeschichtung zusammen.