PCB Tecnico - Parlare dell'affidabilità del PCB

Una delle funzioni di base del PCB è quella di trasportare la trasmissione di segnali elettrici.

Studiare l'affidabilità del PCB significa studiare se le sue funzioni di base non vengono perse o alcuni dei suoi indicatori di prestazione elettrica non si stanno deteriorando, cioè la durata delle sue funzioni. Questo documento intende studiare l'affidabilità del PCB da tre aspetti: la qualità degli utenti PCB a valle dopo l'installazione, la qualità del debug diretto dell'utente e la qualità dell'utilizzo del prodotto, in modo da caratterizzare la qualità dell'elaborazione del PCB e fornire il modo di base per produrre PCB ad alta affidabilità.

Analisi di affidabilità di 1 PCB

Caratterizzazione di qualità del PCB 1.1 dopo l'installazione

Dopo l'installazione del PCB, la qualità del PCB si riflette direttamente in:

Controllare visivamente l'aspetto del PCB se ci sono schiuma, macchie bianche, deformazioni e altri fenomeni.

Una delle preoccupazioni è che la bollitura, che è chiamata "scheda esplosiva o stratificazione" dagli addetti ai lavori del settore, non dovrebbe verificarsi dopo l'installazione di un PCB affidabile. Per ottenere PCB ad alta affidabilità, devono essere avviati i seguenti aspetti.

Selezione del materiale PCB 1.1.1

Le prestazioni dello stesso tipo di materiale base PCB differiscono notevolmente dai diversi produttori e le prestazioni di diversi tipi di materiale base PCB differiscono ancora di più. L'elaborazione del PCB sceglie il materiale di base per tenere conto sia della resistenza al calore del materiale che delle prestazioni elettriche del materiale. In termini di installazione, consideriamo la resistenza al calore del materiale più. La resistenza termica dei materiali è generalmente indicata come temperatura di transizione del vetro (Tg) e temperatura di decomposizione termica (Td). Attualmente, l'installazione PCB è divisa in installazione senza piombo, senza piombo e mista in base alla composizione del giunto di saldatura (senza piombo e piombo) dei componenti. Le corrispondenti temperature di saldatura di riflusso di picco sono 215, 250 e 225 gradi C. Pertanto, i materiali PCB dovrebbero essere selezionati in modo diverso per i diversi metodi di installazione. Per la saldatura senza piombo, vengono selezionate piastre con Tg superiore a 170 C. Per la saldatura a montaggio misto, vengono selezionate piastre con Tg superiore a 150 C.

Per la saldatura al piombo, tutti i materiali sono adatti, ma di solito vengono utilizzati piatti Tg superiori a 130 C. Oltre a considerare Tg, l'attenzione generale dovrebbe essere prestata alla marca e al modello del produttore. Attualmente, le piastre comunemente usate con prestazioni stabili sono Tuc, Isola, Hitachi, Neleo, ecc.

1.1.2 Controllo dei processi

Prima che il PCB lasci la fabbrica, i campioni dovrebbero essere prelevati per condurre lo stato di consegna e la prova di stress termico, il cui scopo è quello di garantire che l'installazione non sia stratificata, ecc. Sebbene il prodotto con stato di consegna difettoso e prova di stress termico completamente qualificata non possa essere garantito di essere installato senza difetti, ci devono essere pericoli nascosti quando il prodotto con stato di consegna difettoso è installato. Pertanto, lo stato di consegna e il test di stress termico sono predittori precoci della qualità dell'installazione. In questo modo, lo stato di consegna e la qualificazione dello stress termico sono necessari per la consegna del PCB. Per questo motivo, l'attenzione dovrebbe essere prestata ai seguenti aspetti durante la lavorazione del PCB per garantire che lo stato di consegna e la prova di stress termico siano qualificati e per migliorare la qualità dopo l'installazione.

1.1.2.1 Definire i requisiti di elaborazione dei PCB

I risultati del test di stress termico PCB sono influenzati dal numero di strati, dallo spessore, dal passo BGA (o dalla distanza del centro tra i fori), dallo spessore del rame conduttore, ecc. I piatti con più di 12 strati e più spessi di 3,0 mm sono inclini a micro-crepe e difetti della parete del foro dopo lo stress termico dovuto al grande valore di espansione e contrazione dell'asse Z.

Il passo BGA è inferiore a 0,8 mm o la distanza del centro della parete del foro è inferiore a 0,5 mm. A causa della grande capacità termica, il calore è concentrato durante l'installazione, che causa facilmente lo strato dielettrico da stratificare. Pertanto, i materiali con Tg superiore a 170 C dovrebbero essere selezionati per l'elaborazione di tale PCB.

Spessore del conduttore superiore a 35 μ M, elevata capacità termica, elevata resistenza al flusso della resina, utilizzare il maggior numero possibile di lamiere semiindurite ad alta fluidità durante la laminazione. Per PCB con un diametro del foro inferiore a 0,3 mm, la qualità della perforazione influisce direttamente sulla qualità della parete del foro. I parametri di perforazione dovrebbero essere rigorosamente controllati per garantire che la parete del foro sia pulita, piana e strappo piccolo.

1.1.2.2 Controllo di processo fine

La stratificazione avviene negli esperimenti di stato alternato e di stress termico. La ragione principale è che il difetto della qualità del trattamento di ossidazione del conduttore interno provoca una scarsa adesione del rame al foglio semiindurito o la colorazione o l'assorbimento di umidità del foglio semiindurito. Il processo di ossidazione varia a seconda del materiale. I materiali ad alto Tg sono duri e fragili e sono ossidati dal marrone vellutato. I materiali convenzionali possono essere ossidati dal nero cristallino [2]. Naturalmente, la rugosità della superficie del conduttore influisce direttamente sulla forza di legame del rame ai fogli semi-induriti. Pertanto, indipendentemente dal tipo di trattamento di ossidazione, la rugosità superficiale dell'ossidazione deve essere chiaramente definita. Allo stesso tempo, durante il processo di laminazione, la contaminazione e l'assorbimento di umidità dei materiali dovrebbero essere evitati il più possibile. Per questo motivo, le condizioni di cottura della singola lastra devono essere controllate quantitativamente, la lastra semiindurita deve essere deumidificata e la pulizia dell'ambiente e le specifiche operative devono essere controllate nel laminato. Nel controllo del processo di laminazione, i parametri di laminazione efficaci devono essere stabiliti in base al tipo e alla quantità delle piastre per garantire un'adeguata bagnatura della resina e portata per evitare vuoti.

Caratterizzazione della qualità di debug di PCB 1.2

La qualità del debug PCB dipende principalmente dal fatto che il risultato del debug soddisfi i requisiti di progettazione senza intoppi. Dopo l'installazione, il debug PCB coinvolge senza intoppi la qualità di elaborazione del PCB, che è anche un'informazione importante per caratterizzare l'affidabilità del PCB. Generalmente, la scheda con debug regolare ha alta affidabilità. Al contrario, se la scheda non viene eseguita correttamente, ci devono essere pericoli nascosti nella sua affidabilità. La qualità di elaborazione del PCB coinvolge principalmente gli strati di linea, disco e media del PCB.

Effetto del conduttore PCB 1.2.1 sulla qualità PCB

Con il fine sviluppo di prodotti elettronici, insieme al miglioramento continuo della tecnologia di elaborazione PCB, i cavi PCB non sono più una semplice trasmissione del segnale, ma integrati da molti requisiti funzionali come linee di impedenza, linee di contorno, linee di reazione e così via. angoli di forma ecc. hanno un'influenza sempre più evidente sulle prestazioni del PCB (3). La deviazione del 10% della larghezza della linea può causare variazioni di impedenza fino al 20%. Gaps e sbavature dei cavi possono ritardare il segnale fino a 0,1 ns. Le differenze di forma dei fili possono causare riflessione, rumore e altre interferenze per influenzare l'integrità della trasmissione del segnale. Si può vedere che la qualità della linea non può essere ignorata nel processo di fabbricazione del cartone stampato. Da un lato, è necessario un rigoroso controllo del processo, dall'altro, sono necessarie attrezzature di produzione di alta precisione e tecnologie di processo appropriate (come semi-aggiunta e aggiunta) per garantire che la precisione della linea soddisfi i requisiti di progettazione.

Effetto del disco di collegamento PCB 1.2.2 sulla qualità PCB

Il disco di collegamento di solito ha una grande apertura. Il requisito di larghezza dell'anello è preso in considerazione nella progettazione. La qualità può essere garantita, ma la qualità dei fori varia notevolmente da produttore a produttore. Con un'apertura superiore a 0,6 mm e un rivestimento di apertura della finestra di Pb/Sn, è improbabile che il problema si verifichi. Tuttavia, per i fori più piccoli di 0,3 mm, rugosità differente, profondità differente di strappo, spessore differente e uniformità della parete dei fori sono causati da diversi parametri di piccoli fori e cattivo scambio della soluzione. Per quanto possibile, in futuro saranno adottati diversi processi di rivestimento a foro passante, come la copertura con inchiostro resistente alla saldatura o persino i fori di blocco, ma il blocco dei fori ha poco effetto sulla resistenza dei fori. Pertanto, la differenza nella resistenza dei pori esiste ancora. La tabella 1 elenca i risultati dei test di resistenza dei fori da 0,25 mm di diversi produttori.

Tabella 1 Differenza di resistenza al foro

Tabella 1 Differenza di resistenza al foro

La grande resistenza dei pori influisce sulla qualità della trasmissione del segnale elettrico, allo stesso tempo, rifratte anche l'esistenza di impurità non conduttive o fori o crepe nella parete dei pori. Tali fori, colpiti dalle alte temperature, produrranno inevitabilmente crepe o crepe, con conseguente perdita completa di funzione per formare PCB. Pertanto, nella lavorazione del PCB, deve essere prestata particolare attenzione alla dimensione del valore di resistenza del foro.

Effetto dello strato 1.2.3 PCB sulla qualità PCB

Lo strato di PCB si riferisce allo spessore e all'uniformità del materiale di lavorazione e allo strato dielettrico intercalare di PCB, che è stato descritto in precedenza, con enfasi sullo spessore e l'uniformità dello strato dielettrico.

Lo spessore dello strato dielettrico influisce sull'isolamento intercalare del PCB e il suo parametro caratteristico è la tensione di rottura. Maggiore è la tensione di rottura, migliore è l'isolamento. La tensione di rottura dei PCB utilizzati in diversi campi può essere diversa, ma lo strato dielettrico è sottile, la tensione di rottura deve essere bassa e lo strato dielettrico con lo stesso spessore è più spesso, quindi il controllo dello spessore dello strato dielettrico si basa sulla tensione di rottura e tiene conto del tipo di fogli semi-induriti. L'uniformità dello spessore dello strato dielettrico influisce sulla stabilità della trasmissione del segnale. La deviazione di spessore è del 10% e la deviazione caratteristica dell'impedenza può essere fino al 20%. L'uniformità dello spessore, da un lato, è correlata ai parametri di prestazione del materiale come il tempo del gel, la fluidità della resina, ecc. Dall'altro lato, è strettamente correlata ai parametri di processo della laminazione e all'accuratezza dell'apparecchiatura. Pertanto, il controllo dell'uniformità dello spessore dello strato dielettrico deve essere controllato da attrezzature di alta precisione e parametri di laminazione ottimizzati.

Caratterizzazione della qualità di utilizzo del PCB 1.3

La stabilità delle prestazioni nell'uso di prodotti elettronici è correlata alla qualità del PCB. I difetti del PCB comunemente riscontrati durante l'uso sono la migrazione degli ioni (CAF) e la qualità della saldatura (Joint). Il sistema di migrazione degli ioni di rame provoca la migrazione del rame tra due conduttori come parete porosa alla parete porosa attraverso la fessura tra fascio di fibra di vetro o fascio di filato e resina. Il meccanismo è che dopo che il PCB è acceso, il rame ad alta tensione (anodo) prima corrode in acqua e poi si ossida in rame Cu2+. Gli ioni di rame migrano lentamente lungo il canale verso l'altro polo di bassa tensione. L'estremità di bassa tensione si sposta anche all'anodo, in modo che il rame possa essere ripristinato dai due quando incontrano il canale sulla strada, formando una connessione tra i due luoghi, cioè un cortocircuito di perdita. Una volta che si verifica un cortocircuito, il CAF sarà bruciato da calore ad alta resistenza e quindi verrà avviato un nuovo CAF. Questo accade settimana dopo settimana, a volte senza la funzionalità dei prodotti elettronici. Qui ci sono diversi scenari in cui si verifica CAF.

Si può vedere che il CAF deve essere prodotto nelle seguenti cinque condizioni: conduttore di rame nudo, vapore acqueo, elettrolita, differenza di potenziale e canale. I primi quattro articoli sono inevitabili nell'uso di prodotti elettronici. I canali possono essere utilizzati per controllare la generazione di CAF e la formazione di canali è principalmente correlata al materiale, alla perforazione, alla contaminazione e ad altri fattori nella produzione di PCB. In generale, più fine è la fibra di vetro, più alto è il contenuto di resina, migliore è la durezza e minore è la probabilità di perforare strappi. Pertanto, per quanto possibile, il materiale in fibra di vetro fine dovrebbe essere utilizzato per PCB utilizzati in PCC ad alta densità o in ambiente umido. Materiale differente, numero differente di fori, parametri di perforazione differenti, durante la perforazione, l'impatto del trapano sul materiale di rinforzo è diverso, la qualità della parete del foro è diversa, il danno alla parete del foro è anche diverso e il grado di aspirazione del nucleo è diverso. Pertanto, al fine di prevenire il verificarsi del passaggio, la qualità dei fori di perforazione dovrebbe essere rigorosamente controllata per garantire pareti lisce e piatte del foro. Lo scopo principale della rimozione della contaminazione è quello di rimuovere la resina adsorbita durante la perforazione dei fori nel conduttore interno. Naturalmente, anche la resina nello strato isolante della parete del foro viene morsa. A volte, per formare un'incisione negativa, la resina nello strato isolante della parete del foro morde ancora di più. In questo momento, la quantità di morso dovrebbe essere rigorosamente controllata. Altrimenti, è molto facile formare un "canale".

L'immagine sotto mostra eccesso di morso di resina.

PCB e componenti sono collegati da giunti saldati, che a volte si verificano condizioni anomale a causa dell'impatto ambientale nell'uso di prodotti elettronici. Questo è principalmente correlato al processo di rivestimento superficiale del PCB. Attualmente, la superficie del PCB è rivestita con livellamento dell'aria calda, placcatura di stagno, nichel-oro chimico, protezione anti-ossidazione organica, argento e così via. Cu6Sn5IMC formato durante il livellamento dell'aria calda o saldatura stagnata non cambierà nell'uso a lungo termine. I giunti di saldatura sono solidi e affidabili. A causa del cablaggio irregolare di nichel-oro chimico, è inevitabile produrre "ossido di nichel" pad nero. Allo stesso tempo, Ni3Sn4 IMC si forma durante il processo di saldatura, con l'infiltrazione di oro e fosforo, i giunti di saldatura sono fragili e l'affidabilità diminuisce durante l'uso a lungo termine. I legami OSP formano Cu6Sn5 IMC, e non c'è contaminazione da altri metalli (come Au, Ag). Hanno una buona resistenza e affidabilità. I giunti saldati impregnati d'argento formano Cu6SniMC, che ha una buona resistenza ma non è resistente all'invecchiamento. I giunti saldati impregnati d'argento possono formare micro-vuoti. Cu6Sn5 si forma al bordo del giunto di saldatura immerso in stagno, ma lo strato immerso in stagno viene gradualmente assorbito dal rame inferiore e diventa IMC. L'aspetto cambia da bianco brillante a bianco grigio. Nella galvanizzazione Ni-Au, la qualità dei giunti di saldatura è gradualmente influenzata dalla penetrazione dell'oro, anche se c'è meno fosforo e pad nero per asciugare e la resistenza dei giunti di saldatura è alta. Pertanto, la scelta del rivestimento sulla superficie PCB influisce sulla qualità dei giunti di saldatura e comporta l'effetto di utilizzo dei prodotti elettronici. Pertanto, nella progettazione di prodotto ad alta affidabilità, il rivestimento superficiale PCB è preferito per il livellamento dell'aria calda o OSP.

2 Conclusione

(1) L'affidabilità del PCB può essere caratterizzata da tre aspetti: qualità post-installazione, qualità di debug e qualità di utilizzo. (2) La qualità dell'installazione comporta la selezione del materiale e il controllo del processo. (3) la qualità del debug è strettamente correlata al controllo di precisione degli elementi di base del PCB; (4) La qualità dell'uso è legata all'ambiente e alla scelta del rivestimento superficiale.