Αποφλοίωση PCB: Αιτίες, Πρόληψη και Λύσεις

Εισαγωγή

Το κυκλικό πλάνο (PCB) βρίσκεται στην καρδιά κάθε ηλεκτρονικής συσκευής, τροφοδοτώντας σιωπηλά τα τηλέφωνα, τα οχήματα, τους ιατρικούς εξοπλισμούς και τους δορυφόρους μας. Καθώς οι διαδικασίες παραγωγής και κατασκευής της Κίνας, οι δυνατότητες και οι τεχνολογίες για τις πλακέτες εκτυπωμένων κυκλωμάτων συνεχίζουν να βελτιώνονται. Ωστόσο, ακόμη και οι πλακέτες υψηλής ποιότητας δεν είναι απαλλαγμένες από μία από τις πιο επίμονες και δαπανηρές αποτυχ Όταν τα στρώματα του πίνακα αρχίζουν να διαχωρίζονται, συχνά ακολουθούν ηλεκτρικές βλάβες και ανάκληση προϊόντων.

Κατανόηση της αποφλοίωσης των PCB και του πώς να την αποφύγετε. Πρώτον, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ότι οι αιτίες της αποφλοίωσης μπορούν κατά προσέγγιση να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες: ζητήματα υλικού, προβλήματα στη διαδικασία κατασκευής, εξωτερικές επιρροές του περιβάλλοντος και μη κατάλληλες χημικές επεξεργασίες, κ.λπ. Αν το εξετάσουμε από μια λεπτομερή οπτική γωνία της διαδικασίας κατασκευής, αλλά και το πώς η υγρασία, η θερμική επεξεργασία, η συναρμολόγηση και οι συνθήκες αποθήκευσης αλληλεπιδρούν. Ελαττώματα όπως η αποφλοίωση, το measling και το crazing επηρεάζουν το επιφανειακό στρώμα ενός PCB και την εσωτερική δομή, υπονομεύοντας την αξιοπιστία και μερικές φορές την ασφάλεια.

Τι είναι η αποφλοίωση PCB;

Η αποφλοίωση του PCB (Printed Circuit Board) αναφέρεται στο φαινόμενο αποκόλλησης ή διαχωρισμού μεταξύ διαφορετικών επιπέδων της πλακέτας κατά τη διαδικασία παραγωγής. Η αποφλοίωση συμβαίνει όταν τα επίπεδα της πλακέτας — συνδυασμοί χαλκού, ρητίνης και υποστρώματος — αρχίζουν να διαχωρίζονται λόγω διαφόρων μηχανικών, θερμικών ή χημικών παραγόντων. Η αποφλοίωση μπορεί να εμφανίζεται ως φυσαλίδες ή σχισμές, αλλαγή χρώματος και δημιουργία φυσαλίδων, φουσκώματα ή ακόμη και στρέψη του επιφανειακού επιπέδου του PCB. Όταν συμβεί στρωμάτωση, αν δεν ελεγχθεί, η αποφλοίωση μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της υγρασίας μέσα στο PCB, επιταχύνοντας περαιτέρω βλάβη, γεγονός που οδηγεί στην απώλεια της λειτουργικότητας του PCB.

Λαμβάνοντας υπόψη κάποια συνηθισμένα υλικά, υλικά πλακέτας όπως το FR-4 ή το πολυϊμίδιο χρησιμοποιούνται ως βασικά υλικά για PCB. Αυτά τα εποξειδικά υλικά, κολλώδη υλικά και φύλλα χαλκού είναι υψηλής τεχνολογίας, αλλά παραμένουν ευάλωτα. Όταν εκτίθενται σε υπερβολική υγρασία ή υπόκεινται σε θερμικούς κύκλους, ακόμη και τα υλικά εποξειδικού υψηλής ποιότητας μπορεί να οδηγήσουν σε αποκόλληση, εάν δεν κατασκευαστούν και χειριστούν σωστά.

Γιατί η αποφλοίωση στα PCB είναι ένα κρίσιμο ζήτημα

Γιατί η αποφλοίωση προκαλεί τόσο μεγάλη προσοχή στον κόσμο των PCB; Απλούστατα: Αν συμβεί αποφλοίωση, ολόκληρο το PCB μπορεί να αποτύχει. Το PCB λειτουργεί ως το βασικό στοιχείο για τη μετάδοση σημάτων και κυκλωμάτων σε όλη την πλακέτα ελέγχου.

Γιατί η αποφλοίωση είναι τόσο επικίνδυνη:

• Ηλεκτρικές βλάβες: Η πιο άμεση είναι η διακοπή των αγώγιμων διαδρομών· χάνεται η τροφοδοσία ή τα δεδομένα, με αποτέλεσμα τυχαίες βλάβες.
• Θερμικά σημεία συγκέντρωσης: Επειδή οι αερόφηλτρα που προκαλούνται από την αποφλοίωση έχουν χαμηλή μεταφορά θερμότητας, δημιουργούν τοπικές «ζεστές περιοχές» που τελικά επιταχύνουν την περαιτέρω βλάβη.
• Δομική Αδυναμία: Από δομική άποψη, όταν τα βασικά υλικά του PCB αποφλοιωθούν, χάνουν τη μηχανική τους αντοχή και είναι πρόθυμα σε ρωγμές, ειδικά κατά τη συναρμολόγηση ή την επανεργασία.
• Μακροπρόθεσμη Βλάβη: Η υγρασία στο υπόστρωμα του PCB συνεχίζει να επιτίθεται από το εσωτερικό, προκαλώντας διάβρωση, μυκητιασμό και περαιτέρω φυσαλίδωση. Πρόκειται για παράγοντα που προκαλείται από το εξωτερικό περιβάλλον.
• Κρυφοί Κίνδυνοι: Ακόμη κι αν η αποφλοίωση δεν σταματήσει αρχικά μια συσκευή, μειώνει τη διάρκεια ζωής του PCB—προκαλώντας τη βλάβη των προϊόντων πολύ πριν την προβλεπόμενη λήξη τους, και το PCB έχει χάσει την πιο βασική του απόδοση.

Αιτίες Αποφλοίωσης PCB: Οι Κύριοι Παράγοντες

Αν θέλετε να λύσετε το πρόβλημα της στρωματοποίησης, ξεκινήστε από τις αιτίες.

Η κατανόηση των αιτιών της αποφλοίωσης του PCB και του γιατί συμβαίνει η αποφλοίωση είναι το πρώτο βήμα για την πρόληψη.

1. Απορρόφηση Υγρασίας & Υγρασία

Τα υλικά βάσης PCB είναι υγροσκοπικά—Το φαινόμενο της απορρόφησης υγρασίας συνδέεται συνήθως στενά με παράγοντες όπως η χημική δομή και η πορώδης δομή των χρησιμοποιούμενων υλικών, καθώς και με την υγρασία του περιβάλλοντος. Συνηθισμένα υποστρώματα PCB, όπως το FR-4 (σύνθετο υλικό ρητίνης εποξειδίου και υφάσματος γυαλιού), έχουν ορισμένους πόρους και μπορούν να απορροφήσουν υγρασία από τον αέρα. Αυτό σημαίνει ότι απορροφούν υγρασία από το περιβάλλον, ειδικά αν η πλακέτα παραμείνει απροστάτευτη σε περιβάλλον υψηλής υγρασίας. Η περίσσεια υγρασία στο PCB μπορεί να εγκλωβιστεί στη βάση του PCB και να εκτεθεί σε υγρασία κατά τη διάρκεια της παραγωγής, αποθήκευσης ή μεταφοράς. Στη συνέχεια, η έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία κατά τους κύκλους συγκόλλησης μετατρέπει αυτή την υγρασία σε ατμό.

• Όταν η υγρασία που εγκλωβίζεται στο PCB θερμανθεί πέρα από το σημείο βρασμού του νερού, δημιουργεί ισχυρή εσωτερική πίεση. Αν το πολυστρωματικό υλικό δεν μπορεί να αποφύγει ή να απορροφήσει αυτή την πίεση, τα στρώματα αρχίζουν να αποκολλώνται, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της ηλεκτρικής απόδοσης, άνιση θερμική διαστολή, μείωση της μηχανικής αντοχής και ακόμη και σε προβλήματα όπως ηλεκτρικά βραχυκυκλώματα, και τελικά σε αποφλοίωση.
• Οι συνθήκες αποθήκευσης των πολυστρωματικών υλικών είναι κρίσιμες. Όταν η υγρασία στον αέρα αυξάνεται, επιταχύνει επίσης την προσρόφηση υγρασίας. Αν η επιφάνεια του υποστρώματος απορροφήσει υγρασία, ο ρυθμός απορρόφησης υγρασίας αυξάνεται με την άνοδο της υγρασίας. Επομένως, η αποτυχία να σφραγιστεί κενό ή να εκτεθεί το PCB σε ψήσιμο πριν τη συναρμολόγηση αποτελεί μία από τις κύριες αιτίες.
• Η υγρασία στο υπόστρωμα του PCB μπορεί επίσης να προκαλέσει το φαινόμενο «measling» (δείτε παρακάτω).

2. Θερμική Τάση & Θερμική Επεξεργασία

Όταν το PCB εισέρχεται στο στάδιο συναρμολόγησης και επεξεργασίας SMT, κάθε πλακέτα υφίσταται επανειλημμένο θερμικό στρες κατά τη διάρκεια της συναρμολόγησης. Η θερμική επεξεργασία (συγκόλληση αναρρόφησης, συγκόλληση κύματος, επισκευή) θερμαίνει την πλακέτα πάνω από 200°C. Αφού επηρεαστεί από υψηλές θερμοκρασίες, ενδέχεται να προκληθεί αποφλοίωση, αν το υλικό είναι παλιό, έχει λανθασμένο τύπο ρητίνης ή δεν έχει ψηθεί.

• Η κακή θερμική προφίλ ή η υπέρβαση του καθορισμένου Tg της ρητίνης (Θερμοκρασία Μετάβασης Γυαλιού, π.χ. χρήση υλικού FR-4 με λανθασμένο τύπο Tg) είναι συνηθισμένοι παράγοντες που το προκαλούν. Ως εκ τούτου, κατά την επιλογή των υλικών, θα πρέπει να αξιολογούνται επίσης οι απαιτήσεις της τελικής εφαρμογής του προϊόντος και να επιλέγεται η κατάλληλη βαθμίδα Tg.
• Όταν υπόκεινται σε θερμικούς κύκλους, η διαστολή και συστολή των στρώσεων «χαλαρώνει» τις συνδέσεις, ειδικά σε πλακέτες HDI ή σε αυτές με παχιές αγώγιμες διαδρομές χαλκού.

3. Θέματα Κατασκευής & Υλικού

• Κακές διαδικασίες κατασκευής : Οποιαδήποτε σωματίδια, έλαια ή ακατάλληλη επικόλληση κατά το πιέσιμο της πλακέτας μπορούν πάντα να προκαλέσουν αποφλοίωση. Στα σημερινά εντελώς αυτοματοποιημένα εργαστήρια γραμμών παραγωγής, αυτός ο παράγοντας έχει μειωθεί σημαντικά.
• Λανθασμένος τύπος Tg : Το FR-4 ή το πολυϊμίδιο πρέπει να αντιστοιχούν στην πραγματική θερμική διεργασία της συναρμολόγησής σας.
• Παλιά, εκτός προδιαγραφών υλικά πλακέτας ή ρητίνη με ληγμένη ημερομηνία μπορούν να οδηγήσουν σε αποφλοίωση . Προτείνεται η χρήση υλικών από συνηθισμένες διεθνείς μάρκες.
• Υλικό με λανθασμένο τύπο Tg : Αν η διαδικασία αναρροφήσεως θερμότητας γίνεται συνεχώς θερμότερη από ό,τι αντέχει το υπόστρωμά σας, η δημιουργία φυσαλίδων λόγω αποφλοίωσης είναι θέμα χρόνου. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η επιλογή του κατάλληλου υποστρώματος ως προς το Tg μπορεί να μειώσει την πιθανότητα αυτού του προβλήματος.

4. Μηχανικοί & Χημικοί Παράγοντες Ενεργοποίησης

• Η κάμψη της πλακέτας, η κακή χειριστική ή οι κραδασμοί θα προκαλέσουν αποφλοίωση, ειδικά όταν οι δεσμοί έχουν αδυνατίσει λόγω υγρασίας ή θερμότητας.
• Οι ουσίες καθαρισμού, τα ρητίνες και τα υπολείμματα μάσκας συγκόλλησης, αν δεν καθαριστούν σωστά, μπορούν να επιδεινώσουν τη διεπαφή μεταξύ του επιφανειακού στρώματος και της βάσης, δημιουργώντας τις προϋποθέσεις για αποφλοίωση.

Μηχανικοί & Χημικοί Παράγοντες Πρόκλησης, συνήθως εμφανίζονται σε μεταγενέστερα στάδια επανεπεξεργασίας και παραγωγής συναρμολόγησης, λόγω εξωτερικών παραγόντων.

Πίνακας Σύνοψης: Αιτίες Αποφλοίωσης PCB

Μεασλινγκ και Ρωγμές στο PCB: Σχετικές Μορφές Αποφλοίωσης

Η αποφλοίωση, το μεασλινγκ και οι ρωγμές συχνά γίνονται αντιληπτά ως ένα και το αυτό, αλλά αντιπροσωπεύουν ξεχωριστά ελαττώματα στον κόσμο των πλακετών εκτυπωμένων κυκλωμάτων—το καθένα με το δικό του σύνολο κινδύνων και αιτιών. Αυτά τα ποιοτικά προβλήματα επηρεάζουν όχι μόνο την εμφάνιση της πλακέτας PCB, αλλά μπορούν επίσης να επηρεάσουν σοβαρά την ηλεκτρική απόδοση και την αξιοπιστία της.

Μεασλινγκ και Ελαττώματα στο PCB

Το μεασλινγκ είναι η δημιουργία πολύ μικρών λευκών σημείων αποφλοίωσης, συνήθως στις διασταυρώσεις των γυάλινων ινών στο υλικό βάσης της πλακέτας PCB. Εμφανίζονται ως λεπτές λευκές κουκκίδες κάτω από τη μάσκα συγκόλλησης ή το επίστρωμα και μερικές φορές ερμηνεύονται λανθασμένα ως αρχικό στάδιο αποφλοίωσης. Το μεασλινγκ και η αποφλοίωση στο PCB σχετίζονται, καθώς και τα δύο αποτελούν αποτέλεσμα καταστροφής των υλικών επιστρώσεων, που προκαλείται συχνά από υπερβολική υγρασία στο PCB ή κακές διαδικασίες κατασκευής.

• Τα μεσλίγκ είναι συνήθως αποτέλεσμα οξείδωσης ή διάβρωσης του μεταλλικού στρώματος στην επιφάνεια του PCB (όπως το στρώμα χαλκού), ή υγρασίας, ή μπορεί να οφείλονται σε ακατάλληλη επίστρωση ή επεξεργασία επιφάνειας, ειδικά όταν οι πλακέτες εκτίθενται σε απότομες θερμικές μεταβολές ή υπόκεινται σε θερμικά σοκ κατά τη συγκόλληση.
• Όταν η υγρασία παγιδεύεται στα βασικά υλικά του PCB ή όταν τα υλικά υφίστανται ακατάλληλη στέψη, εμφανίζονται μικρές λευκές κηλίδες. Με την πάροδο του χρόνου, αυτές οι κηλίδες μπορούν να μεγαλώσουν, οδηγώντας σε σοβαρότερη αποφλοίωση αν δεν αντιμετωπιστούν.

Crazing

Η ρηγμάτωση χαρακτηρίζεται από ένα δικτυωτό μοτίβο μικρορωγμών που διατρέχουν το βασικό στρώμα του PCB· συνήθως προκαλείται από κόπωση του υλικού, εσφαλμένο έλεγχο του κειμένου και των γραφικών κατά τη διαδικασία συγκόλλησης, καθώς και από εσφαλμένες μηχανικές εργασίες, όπως η κακή διάτρηση και κοπή. Σε αντίθεση με τις λευκές κηλίδες (measling), που είναι τοπικές, η ρηγμάτωση συχνά καλύπτει ευρύτερες περιοχές, δημιουργώντας μια εμφάνιση δικτύου ή πλέγματος κάτω από τη μάσκα συγκόλλησης. Αν και η ρηγμάτωση δεν προκαλεί πάντα αποφλοίωση, αποτελεί ορατό δείκτη τάσης και μπορεί να εξασθενίσει τη δομική ακεραιότητα της πλακέτας.

Όταν είναι επικίνδυνες σχετικές μορφές αποφλοίωσης

• Οι λευκές κηλίδες (measling) και η ρηγμάτωση μπορούν να οδηγήσουν σε αποφλοίωση αν η πλακέτα υποστεί περαιτέρω τάσεις λόγω θερμικών ή μηχανικών κύκλων, ή αν η παγιδευμένη υγρασία διασταλεί κατά τη συναρμολόγηση ή τη χρήση του προϊόντος.
• Πλακέτες που εμφανίζουν σχηματισμό πολύ μικρών λευκών σημείων αποφλοίωσης πρέπει να τεθούν σε καραντίνα για περαιτέρω επιθεώρηση και δοκιμές. Πρέπει να διεξάγονται τακτικά έλεγχοι για προβλήματα στα υλικά ή βασικές δοκιμές πριν από τη χρήση.
• Με την υιοθέτηση επιστημονικών διαδικασιών σχεδίασης, παραγωγής και δοκιμών, μπορεί να μειωθεί σημαντικά ο βαθμός εμφάνισης αυτών των προβλημάτων, και να βελτιωθεί η αξιοπιστία και η μακροπρόθεσμη σταθερότητα των PCBs.

Πίνακας Γρήγορης Σύγκρισης: Measling έναντι Crazing έναντι Αποφλοίωσης

Επιπτώσεις και Συνέπειες της Αποφλοιώσεως του PCB

Το PCB, ως υλικό υψηλής ακρίβειας για ηλεκτρονικές εφαρμογές. Οι συνέπειες της αποφλοίωσης και των σχετικών μορφών της στα PCB είναι εκτεταμένες, επηρεάζοντας τις ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές πτυχές μιας συσκευής. Η πιο άμεση συνέπεια είναι η μείωση των μηχανικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων του φύλλου, ακόμη και η λειτουργική αποτυχία.

Προβλήματα Ηλεκτρικής Απόδοσης

Βραχυκυκλώματα και ανοιχτά κυκλώματα είναι τα πιο συνηθισμένα, καθώς και τα τυπικά διαγνωστικά συμπτώματα που αντικατοπτρίζουν καλύτερα το φαινόμενο της αποφλοίωσης.

• Διακοπή Αγωγού: Όπου οι αγωγοί ή οι ίχνη αποκολλούνται από το βασικό υλικό , τα κυκλώματα ανοίγουν, με αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία της συσκευής ή ενδιάμεσες βλάβες.
• Βραχυκυκλώματα και CAF: Η αποφλοίωση μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία νέων διαδρόμων για την αγώγιμη ανοδική ινοποίηση (CAF), δημιουργώντας γέφυρες μεταξύ σημείων συγκόλλησης ή αγώγιμων μονοπατιών από χαλκό.

Θερμικές και Δομικές Επιπτώσεις

Συχνά, κατά τη διαδικασία συγκόλλησης, η αποφλοίωση εντείνεται όταν εκτίθεται σε θερμότητα. Ή προκαλούνται ρωγμές και παραμορφώσεις λόγω εξωτερικών δυνάμεων.

• Θερμική Μόνωση: Οι φυσαλίδες και οι σχισμές μειώνουν τη μεταφορά θερμότητας, προκαλώντας υπερθέρμανση και γρήγορη τοπική υποβάθμιση των εξαρτημάτων που βρίσκονται κοντά σε αποφλοιωμένες ζώνες.
• Μηχανική Αδυναμία: Η πλακέτα χάνει την ικανότητά της να λυγίζει ή να αντέχει κραδασμούς, με αποτέλεσμα ρωγμές και περαιτέρω εκτεταμένη αποφλοίωση.

Υγρασία και Διάβρωση

Η επίδραση υποστρωμάτων όπως το FR-4 και το CM-1 που απορροφούν υγρασία από τον αέρα σε περιβάλλοντα υψηλής υγρασίας.

• Η παγιδευμένη υγρασία στο PCB όχι μόνο προκαλεί διαστολή όταν θερμαίνεται, αλλά μπορεί επίσης να επιταχύνει τη διάβρωση, ιδίως σε εκτεθειμένες διάτρητες επαφές ή ίχνη από χαλκό στην περιοχή αποφλοίωσης.
• Η επανειλημμένη έκθεση σε υψηλή υγρασία και η κακή αποθήκευση των υλικών πλακέτας επιτρέπει τη συνεχιζόμενη υποβάθμιση, με αποτέλεσμα τελικά.

Επίδραση στη Διάρκεια Ζωής και την Αξιοπιστία του Προϊόντος

Για έναν κατασκευαστή PCB μεγάλης κλίμακας, παρόλο που η βελτιστοποίηση του εξωτερικού περιβάλλοντος και η διαχείριση των κανόνων λειτουργίας έχουν αποφύγει το πρόβλημα της αποφλοίωσης, αν παρ' όλα αυτά συμβεί, θα έχει τεράστια επίδραση στη διάρκεια ζωής του ίδιου του PCB και στην αξιοπιστία των τελικών προϊόντων.

• Η αποφλοίωση και οι παραλλαγές της (measling, crazing) μειώνουν την αποτελεσματική διάρκεια ζωής του PCB και σημαίνει ότι ακόμη και συσκευές που περνούν αρχικές λειτουργικές δοκιμές μπορεί να αρχίσουν να αποτυγχάνουν μήνες ή χρόνια αργότερα, μειώνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής του προϊόντος.
• Αυτές οι κρυφές βλάβες μπορεί να προκαλέσουν ακριβείς ανακλήσεις και ζημιά στη φήμη της εταιρείας, καθώς οι συσκευές αποτυγχάνουν απρόσμενα στο πεδίο.

Πώς να καταλάβετε αν μια PCB είναι βλαβμένη (Συμπτώματα και Τύποι Αποφλοίωσης)

Ο καλύτερος τρόπος για να λύσετε προβλήματα είναι να τα προλάβετε. Η γνώση των συμπτωμάτων της αποφλοίωσης της PCB είναι κρίσιμη για τον έγκαιρο εντοπισμό και την αντιμετώπιση, μπορούμε να εντοπίσουμε το πρόβλημα μέσω των ακόλουθων ενδείξεων.

Οπτικά σημάδια

• Μια διαφορετική απόχρωση κάτω από τη μάσκα κολλήσεως υποδηλώνει συχνά συσσώρευση υγρασίας ή πρώιμη αποφλοίωση.
• Φυσαλίδες ή φουσκάλες κατά μήκος του επιφανειακού στρώματος ή σε εσωτερικά σημεία στοίβαξης είναι άμεσοι δείκτες.
• Φυσαλίδα αποφλοίωσης: Μια διογκωμένη ή σφουγγώδης περιοχή που φαίνεται να είναι ανυψωμένη από την επιφάνεια της PCB.
• Μικρές λευκές κηλίδες χωρίς επικάλυψη: Υποδηλώνουν μελάνωση, ειδικά μετά από θερμικούς κύκλους.

Ηλεκτρικές και Λειτουργικές Ενδείξεις

• Αιφνίδιες ή ενδιάμεσες βλάβες, ειδικά όταν το κύκλωμα εκτίθεται σε κύκλους υψηλής θερμοκρασίας.
• Τα κυκλώματα αποτυγχάνουν μετά την επαναφορά ή το κύμα κολλήσεως, όταν απροσδόκητα δημιουργούνται βραχυκυκλώσεις.
• Περίεργες ενδείξεις αντίστασης ή απώλεια συνέχειας σε όλα τα ίχνη του χαλκού.

Μηχανικά Σημάδια

• Τα κυκλώματα παρουσιάζουν περίεργη παραμόρφωση, κάμψη ή αίσθηση «σφουγγώδους» υλικού όταν χειρίζονται σε περιοχές με αποφλοίωση.

Γιατί και πώς συμβαίνει η αποφλοίωση κατά την κόλληση και τη θερμική επεξεργασία

Κάθε PCB πρέπει να υποστεί μια διαδικασία συναρμολόγησης υψηλής θερμοκρασίας, αλλά η αποφλοίωση είναι ιδιαίτερα πιθανή κατά τα στάδια συναρμολόγησης υψηλής θερμοκρασίας, και αρκετές αιτίες αποφλοίωσης του PCB συνδέουν τα σημεία μεταξύ σχεδιασμού, υλικού και διαδικασίας. Επομένως, μπορεί να συνοψιστεί ποιοι κρίκοι στην κατασκευή και τον σχεδιασμό αυτού του PCB χρειάζεται να βελτιστοποιηθούν.

Η κόλληση και η επαναφορά ως παράγοντες πυροδότησης

• Η θερμική επεξεργασία, όπως η ανάπτυξη και το κύμα συγκόλλησης, εκθέτει τα κυκλώματα σε θερμοκρασίες πάνω από το σημείο βρασμού του νερού (100°C) και μερικές φορές πάνω από 250°C. Αυτή η θερμοκρασία αποτελεί μια δύσκολη ελάχιστη τιμή για την αντοχή στη θερμότητα του pcb.
• Η υγρασία που εγκλωβίζεται στη βάση του pcb εξατμίζεται, δημιουργώντας εσωτερική πίεση· αυτή η κατάσταση εμφανίζεται όταν υπάρχει υπολειπόμενη υγρασία στο εσωτερικό στρώμα του PCB.
• Αν η πίεση υπερβεί την αντοχή της κόλλας, θα προκύψει αποφλοιώστρωση—ειδικά στις πιο αδύναμες περιοχές, όπως οι είσοδοι των οπών ή η άκρη των χαλκού παδ.

Συνηθισμένοι παράγοντες που προκαλούν αποφλοιώστρωση κατά τη συναρμολόγηση:

• Μη επαρκής ή λανθασμένη Tg στα υλικά εποξειδικής ρητίνης (π.χ. χρήση υλικού FR-4 με λανθασμένο τύπο Tg για συγκόλληση χωρίς μόλυβδο). Στις απαιτήσεις της διαδικασίας κατασκευής pcb, είναι ιδιαίτερα σημαντική η επιλογή της κατάλληλης προδιαγραφής και μοντέλου του βασικού υλικού.
• Πλακέτες που δεν έχουν προ-ψηθεί ή δεν είναι σφραγισμένες υπό κενό, οι οποίες εκτέθηκαν σε υγρασία πριν από τη συγκόλληση. Στις τρέχουσες διεργασίες παραγωγής, αυτός ο παράγοντας σχεδόν δεν αποτελεί πρόκληση. Ωστόσο, για τα ανοιχτά υλικά συσκευασίας, θα πρέπει να καταναλώνονται το συντομότερο δυνατόν για να αποφευχθεί η απώλεια υλικού.
• Κακής ποιότητας υλικά βάσης pcb που έχουν απορροφήσει υγρασία ή έχουν υποβαθμιστεί.

Γιατί μπορεί να προκύψει Μεγάλης Κλίμακας Αποφλοίωση

• Αν η αποφλοίωση ξεκινήσει σε ένα σημείο συγκόλλησης, μπορεί να εξαπλωθεί προς τα έξω, οδηγώντας σε μεγάλης κλίμακας αποφλοίωση που επηρεάζει πολλαπλά επίπεδα βασικού υλικού.

Τύποι Δοκιμών για τη Μέτρηση της Αποφλοίωσης PCB

Εφαρμόζονται αυστηροί τύποι δοκιμών για τη μέτρηση της αποφλοίωσης σε όλη τη βιομηχανία PCB, επιτρέποντας προληπτική ανίχνευση και εξασφάλιση ποιότητας.

Βασικές Μέθοδοι Δοκιμής

Μέθοδοι Πρόληψης της Αποφλοίωσης και Λύσεις

Η προστασία από αποφλοίωση είναι πολυσύνθετη, βασίζεται στο σχεδιασμό, την αποθήκευση, την επεξεργασία και ακόμη και στις σχέσεις με τους προμηθευτές.

Σχεδιασμός και Επιλογή Υλικού

• Αφού γίνει κατανοητή η τελική απόδοση και εφαρμογή του υλικού, επιλέξτε υλικό FR-4 ή εναλλακτικά υλικά PCB με κατάλληλο Tg και αντίσταση στην υγρασία.
• Εάν το προϊόν χρησιμοποιείται σε περιβάλλοντα υψηλής υγρασίας, κατά τη διάρκεια της συναρμολόγησης PCBA χρησιμοποιήστε ενισχυμένες ρητίνες ή εφαρμόστε προστατευτικά επικαλύψεις συμμόρφωσης.

Έλεγχοι Κατασκευής και Επεξεργασίας

• Διατηρήστε αυστηρό έλεγχο υγρασίας στις περιοχές αποθήκευσης και κατασκευής, εφαρμόζοντας αυστηρά τους κανόνες και τις διαδικασίες λειτουργίας.
• Ψήστε όλες τις πλακέτες για αφαίρεση της υγρασίας πριν από τη συγκόλληση, ειδικά πριν από συναρμολογήσεις υψηλής θερμοκρασίας ή πολλαπλών περασμάτων.
• Ελέγχετε τους προμηθευτές ως προς την εντοπισιμότητα των πρώτων υλών και απαιτείτε υλικά με το σωστό είδος Tg.

Καλές Πρακτικές Συναρμολόγησης

• Χρησιμοποιήστε τα σωστά προφίλ ώστε η επιφανειακή στοιχεία μιας πλακέτας και το χαλκός να μην ξεπερνούν ποτέ τα όρια του κατασκευαστή.
• Επιτρέψτε ψύξη μεταξύ των θερμικών κύκλων για να ελαχιστοποιηθεί η κόπωση λόγω διαστολής/συστολής.

Ασφαλής Διαχείριση

• Ενημερώστε το προσωπικό σχετικά με το απαλό χειρισμό, φορώντας γάντια για να αποφευχθούν μικρορωγμές.
• Ελέγχετε τακτικά για εμφάνιση σημείων, φυσαλίδων και μικρών αποφλοιωμένων περιοχών· αν εντοπιστούν οποιαδήποτε ασυνήθη υλικά, πρέπει αμέσως να κατατάσσονται στην περιοχή μη χρησιμοποιήσιμων υλικών και να αποθηκεύονται αντίστοιχα.

Ελέγχος του περιβάλλοντος

• Χρησιμοποιείτε αποθήκες με έλεγχο κλίματος για τις συνθήκες αποθήκευσης των υλικών πολυστρωματικής δομής.
• Παρακολουθείτε με αισθητήρες υγρασίας και θερμοκρασίας για να αποφεύγεται η απορρόφηση υγρασίας.

Βήματα Επισκευής Αποφλοίωσης PCB

Αν έχει επέλθει αποφλοίωση, η λειτουργία ορισμένων υλικών μπορεί ακόμη να αποκατασταθεί μέσω επαγγελματικής επισκευής:

• Διαγνώστε με οπτική εξέταση ή SAM.
• Διακόψτε τον περαιτέρω χειρισμό (για να αποφευχθεί η εξάπλωση φυσαλίδων ή κενών).
• Καθαρίστε προσεκτικά την περιοχή—αποφύγετε ισχυρούς καθαριστικούς που διαλύουν τα κολλητικά.
• Τρυπήστε μια μικρή οπή αποσυμφόρησης, αν χρειαστεί, για να εισάγετε εποξειδική ρητίνη στην αποφλοιωμένη περιοχή.
• Εισάγετε εποξειδική ρητίνη υψηλών προδιαγραφών και εφαρμόστε θλιπτική πίεση.
• Σκληρύνετε σε ελεγχόμενη θερμοκρασία για να αποκατασταθεί η συνεκτικότητα.
• Επανέλεγχος με τεστ ηλεκτρικής συνέχειας και τεστ τάσης.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Ποια είναι η κύρια αιτία αποφλοίωσης σε σύγχρονα πολυστρωματικά PCB;

Α: Οι κύριοι παράγοντες που μπορούν να οδηγήσουν σε αποφλοίωση σήμερα είναι η μη ελεγχόμενη υγρασία στο υπόστρωμα και την αποθήκευση του PCB, η χρήση υλικών επιστρώσεως με λανθασμένο ή ανεπαρκές Tg για τη διαδικασία συναρμολόγησης, καθώς και η κακή παραγωγή ή πρακτικές επιστρώσεως.

Ε: Πώς μπορώ να αποτρέψω την αποφλοίωση αν τα PCB πρέπει να υποστούν πολλαπλούς κύκλους συγκόλλησης ή επανεργασίας;

Α: Χρησιμοποιήστε υλικό πλακέτας υψηλού Tg, παρακολουθείτε προσεκτικά την υγρασία, σφραγίζετε σε κενό μεταξύ των διεργασιών και ψήνετε τις πλακέτες πριν τις εκθέσετε ξανά σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ε: Υποδηλώνει κάθε περιοχή με αλλαγή χρώματος ή φούσκα κρίσιμη αποφλοίωση;

Α: Δεν απαιτείται απόρριψη για κάθε οπτική ανωμαλία. Μικροί λευκοί αποφλοιωμένοι κόκκοι (measling) δεν προκαλούν πάντα αποφλοίωση, αλλά πρέπει πάντα να ελέγχεται η εξάπλωσή τους. Η αλλοίωση του χρώματος συχνά υποδεικνύει υγρασία που έχει παγιδευτεί· πρέπει να αντιμετωπιστεί η ριζική αιτία πριν συνεχιστεί η συναρμολόγηση.

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ measling, crazing και αποφλοίωσης;

Α: Το measling είναι η δημιουργία μικρών λευκών κόκκων, το crazing εμφανίζεται ως ένα δίκτυο λεπτών ρωγμών, και η αποφλοίωση συμβαίνει όταν πραγματοποιείται πραγματική φυσική αποκόλληση ή δημιουργία φυσαλίδων στο στρώμα του PCB ή μεταξύ του χαλκού και του υποστρώματος.

Ε: Μπορούν οι ακατάλληλοι καθαριστικοί παράγοντες να προκαλέσουν αποφλοίωση;

Α: Ναι—ειδικά οι ισχυροί διαλύτες μπορεί να επιδεινώσουν τη συνοχή στο επιφανειακό στρώμα του PCB ή μεταξύ των στρωμάτων, με αποτέλεσμα τελικά την αποφλοίωση.

Ε: Γιατί ορισμένες περιοχές της πλακέτας αποφλοιώνονται περισσότερο από άλλες;

Α: Η αποφλοίωση συχνά ξεκινά σε σημεία θερμικής ή μηχανικής τάσης — στις άκρες, σε συστάδες διαφόρων επιπέδων ή γύρω από τα σημεία κολλήσεως — ειδικά εκεί όπου η πυκνότητα των αγωγών είναι υψηλή ή όπου οι στρώσεις έχουν χαμηλότερη δύναμη συνάφειας.

Ε: Ποιοι τύποι δοκιμών θα πρέπει να περιλαμβάνονται στον έλεγχο ποιότητας εισερχόμενων και εξερχόμενων πλακετών PCB;

Α: Χρησιμοποιήστε ανάλυση μικροτομής, TMA, IST, SAM και δοκιμή επίπλευσης με κολλήσιμο για να μετρήσετε τόσο την πιθανή όσο και την υπάρχουσα αποφλοίωση σε όλα τα κρίσιμα παρτίδες. Καταγράφετε πάντα και παρακολουθείτε τα είδη αστοχιών.

Συμπέρασμα και Επανάληψη Βέλτιστων Πρακτικών

Το PCB είναι ένα ηλεκτρονικό υλικό που επεξεργάζεται με υψηλή ακρίβεια. Έχει πολύ υψηλές απαιτήσεις και πρότυπα όσον αφορά την επιλογή και αποθήκευση υλικών, τον έλεγχο διεργασιών και την εναέρια συσκευασία και αποθήκευση των τελικών προϊόντων. Η αποφλοίωση είναι ένας πολύπλοκος μηχανισμός βλάβης που προκύπτει από την υγρασία, την επιλογή υλικών, τις ανεπαρκείς διεργασίες κατασκευής και την ακατάλληλη θερμική επεξεργασία. Δράματα όπως μαζικές αποφλοιώσεις, ξαφνικές βλάβες στο πεδίο και επιστροφές προϊόντων προέρχονται όλα από αυτές τις κύριες αιτίες αποφλοίωσης των PCB· μετά τον εντοπισμό του προβλήματος, επιλέξτε μια κατάλληλη λύση και ελαχιστοποιήστε όσο το δυνατόν περισσότερο τις απώλειες.

Ο Έλεγχος για την Πρόληψη Αποφλοίωσης:

• Χρησιμοποιείτε πάντα τα κατάλληλα υλικά πλακέτας που διαθέτουν την κατάλληλη, πιστοποιημένη βαθμίδα Tg για τις συγκεκριμένες θερμοκρασίες διεργασίας σας.

• Διατηρείτε αυστηρό έλεγχο σχετικά με το πώς και πού αποθηκεύετε τα υλικά πλακέτας, και βεβαιωθείτε ότι όλα τα PCB —που φτάνουν ή αποστέλλονται— χειρίζονται σύμφωνα με αυστηρούς κανόνες κλίματος.

• Ρυθμίστε την παρακολούθηση της υγρασίας και μην παραλείψετε το προ-ψήσιμο, ειδικά για πλακέτες που ενδέχεται να έχουν απορροφήσει υγρασία.

• Επιλέξτε προμηθευτές που διαθέτουν αξιόπιστα πιστοποιητικά για τις διαδικασίες και τα υλικά τους και ελέγχετέ τους τακτικά.

• Εκπαιδεύστε κάθε άτομο που χειρίζεται ή συναρμολογεί πλακέτες σχετικά με το τι είναι η αποφλοίωση και πώς μπορεί να αποτραπεί —αυτό σημαίνει να τους διδάξετε να ανιχνεύουν και να αναφέρουν οτιδήποτε φαίνεται ή συμπεριφέρεται με ασυνήθιστο τρόπο.

• Εκτελέστε ισχυρές και αξιόπιστες δοκιμές για τον έλεγχο της αποφλοίωσης, ως μέρος των κανονικών σας ελέγχων διαδικασίας και του τελικού ελέγχου ποιότητας.