لایه‌لایه شدن برد مدار چاپی (PCB): علل، پیشگیری و راه‌حل‌ها

مقدمه

برد مدار چاپی (PCB) در مرکز هر دستگاه الکترونیکی قرار دارد و به‌صورت نامحسوس تلفن‌های ما، وسایل نقلیه، تجهیزات پزشکی و ماهواره‌ها را به کار می‌اندازد. با بهبود فرآیندها، قابلیت‌ها و فناوری‌های تولید و ساخت برد مدار چاپی در چین، این صنعت پیشرفت چشمگیری داشته است. با این حال، حتی برد‌های با بالاترین کیفیت نیز در برابر یکی از شایع‌ترین و پرهزینه‌ترین خرابی‌ها در الکترونیک—لایه‌لایه شدن برد مدار چاپی (PCB delamination)—مصون نیستند. هنگامی که لایه‌های برد شروع به جدایی از یکدیگر می‌کنند، اغلب خرابی‌های الکتریکی و بازگرداندن محصولات به دنبال آن رخ می‌دهد.

درک جدایش لایه‌های برد مدار چاپی (PCB) و راه‌های پیشگیری از آن. ابتدا لازم است درک کنیم که عوامل ایجاد جدایش را به طور کلی می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد: مشکلات مواد، نواقص فرآیند تولید، تأثیرات محیطی خارجی و تیمارهای شیمیایی نامناسب و غیره. اگر از منظر دقیق‌تری از فرآیند تولید به آن نگاه کنیم، اما نحوه تعامل رطوبت، پردازش حرارتی، مونتاژ و شرایط نگهداری را بررسی کنیم. نقص‌هایی مانند جدایش لایه‌ها، پدیده measling و crazing، لایه سطحی برد مدار چاپی و ساختار داخلی آن را تضعیف کرده و قابلیت اطمینان و گاهی ایمنی آن را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

جدایش لایه‌های برد مدار چاپی (PCB) چیست؟

لایه‌لایه‌شدگی برد مدار چاپی (PCB) به پدیدهٔ جدایش یا لایه‌لایه‌شدگی بین لایه‌های مختلف برد در حین فرآیند تولید اشاره دارد. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که لایه‌های برد — که از ترکیب مس، رزین و زیرلایه تشکیل شده‌اند — به دلیل عوامل مکانیکی، حرارتی یا شیمیایی مختلف از هم جدا شوند. لایه‌لایه‌شدگی ممکن است به صورت حباب یا ترک‌های ظاهری، تغییر رنگ و متورم‌شدگی، برجستگی یا حتی پیچش در لایه سطحی برد مدار چاپی نمایان شود. هنگامی که لایه‌لایه‌شدگی رخ می‌دهد، در صورت عدم کنترل، می‌تواند منجر به نفوذ رطوبت به داخل برد شود و خسارت بیشتری را تسریع کند؛ این امر در نهایت به از دست‌رفتن عملکرد برد مدار چاپی منجر می‌شود.

با توجه به برخی از مواد متداول، از مواد برد مانند FR-4 یا پلی‌ایمید به عنوان مواد پایه PCB استفاده می‌شود. این ورق‌ها، چسب‌ها و فویل‌های مسی بسیار دقیق طراحی شده‌اند اما همچنان آسیب‌پذیر هستند. در صورت قرار گرفتن در معرض رطوبت زیاد یا تحمل چرخه‌های حرارتی، حتی مواد ورق با کیفیت نیز در صورت ساخت یا نگهداری نادرست ممکن است از هم جدا شوند.

چرا دلیمینیشن برد مدار چاپی یک مسئله حیاتی است

چرا لایه‌لایه شدن در دنیای برد مدار چاپی (PCB) توجه زیادی به خود جلب می‌کند؟ به سادگی: اگر لایه‌لایه شدن رخ دهد، کل برد مدار چاپی ممکن است دچار خرابی شود. برد مدار چاپی به عنوان مؤلفه اساسی برای انتقال سیگنال و مدار در کل برد کنترل عمل می‌کند.

چرا لایه‌لایه شدن بسیار خطرناک است:

• خرابی‌های الکتریکی: مستقیم‌ترین آن قطع شدن مسیرهای هادی است؛ که منجر به از دست رفتن برق یا داده و بروز اشکالات تصادفی می‌شود.
• نقاط داغ حرارتی: از آنجا که شکاف‌های هوایی ایجاد شده توسط لایه‌لایه شدن رسانایی حرارتی پایینی دارند، منجر به ایجاد «نقاط داغ» محلی می‌شوند که در نهایت باعث تسریع خرابی بیشتر می‌گردند.
• ضعف ساختاری: از دیدگاه ساختاری، هنگامی که مواد زیرلایهٔ برد مدار چاپی (PCB) لایه‌لایه می‌شوند، استحکام مکانیکی خود را از دست می‌دهند و مستعد ترک خوردن می‌شوند، به‌ویژه در حین مونتاژ یا بازکاری.
• آسیب بلندمدت: رطوبت موجود در زیرلایهٔ برد مدار چاپی (PCB) به‌صورت داخلی به حمله ادامه می‌دهد و منجر به خوردگی، تشکیل لکه‌های قهوه‌ای (measling) و برآمدهای بیشتر می‌شود. این عامل ناشی از محیط خارجی است.
• ریسک‌های پنهان: حتی اگر لایه‌لایه شدن در ابتدا ممکن است عملکرد دستگاه را متوقف نکند، عمر برد مدار چاپی (PCB) را کوتاه می‌کند و باعث می‌شود محصولات بسیار پیش از عمر مفید پیش‌بینی‌شده خود دچار خرابی شوند و برد مدار چاپی (PCB) از اساسی‌ترین عملکردهای خود محروم می‌گردد.

علل لایه‌لایه شدن برد مدار چاپی (PCB): عوامل اصلی

اگر می‌خواهید مشکل لایه‌لایه شدن را حل کنید، باید از علل آن شروع کنید.

درک علل لایه‌لایه شدن برد مدار چاپی (PCB) و دلایل وقوع آن، اولین گام برای پیشگیری است.

1. جذب رطوبت و رطوبت هوا

مواد پایه مدار چاپی (PCB) دارای خاصیت جذب رطوبت هستند—پدیده جذب رطوبت معمولاً ارتباط نزدیکی با عواملی مانند ساختار شیمیایی و تخلخل مواد مورد استفاده، و همچنین رطوبت محیط دارد. زیرلایه‌های متداول مدار چاپی مانند FR-4 (ماده مرکب از پارچه شیشه‌ای اپوکسی) دارای تخلخل معینی بوده و قادر به جذب رطوبت از هوای اطراف هستند. بدین معنا که این مواد رطوبت را از محیط جذب می‌کنند، به‌ویژه اگر برد در معرض رطوبت بالا و بدون محافظت قرار گرفته باشد. رطوبت اضافی در مدار چاپی ممکن است در لایه پایه PCB به دام افتاده و در حین فرآیندهای تولید، نگهداری یا حمل‌ونقل در معرض رطوبت قرار گیرد. سپس در معرض دمای بالا در چرخه‌های لحیم‌کاری، این رطوبت به بخار تبدیل می‌شود.

• وقتی رطوبت درون برد مدار چاپی (PCB) به دمای بالاتر از نقطه جوش آب گرم شود، فشار داخلی قوی ایجاد می‌کند. اگر لایه‌های روکش نتوانند این فشار را خارج یا جذب کنند، لایه‌ها شروع به جدا شدن می‌کنند و این امر منجر به کاهش عملکرد الکتریکی، انبساط حرارتی نامنظم، کاهش استحکام مکانیکی و حتی مشکلاتی مانند اتصال کوتاه الکتریکی و در نهایت لایه‌لایه شدن (delamination) می‌شود.
• شرایط نگهداری مواد روکش بسیار حیاتی است. هنگامی که رطوبت هوا افزایش می‌یابد، جذب رطوبت نیز تسریع می‌شود. اگر سطح زیرلایه رطوبت جذب کند، نرخ جذب رطوبت با افزایش رطوبت هوا افزایش می‌یابد. بنابراین عدم درزگیری خلأ یا پخت برد مدار چاپی قبل از مونتاژ، یکی از دلایل اصلی این مشکلات است.
• رطوبت در زیرلایه برد مدار چاپی همچنین می‌تواند باعث ایجاد پدیده مِیزلینگ (measling) (به پایین مراجعه کنید) شود.

2. تنش حرارتی و پردازش حرارتی

هنگامی که برد مدار چاپی وارد مرحله ساخت و پردازش SMT می‌شود، هر برد در طول ساخت تحت تنش‌های حرارتی مکرر قرار می‌گیرد. فرآیندهای حرارتی (لوله‌کشی رفلاو، لوله‌کشی امواجی، تعمیر) باعث گرم شدن برد به بالای 200 درجه سانتی‌گراد می‌شوند. پس از تأثیر دمای بالا، اگر ورقه قدیمی باشد، نوع رزین نادرست باشد یا خشک‌کردن (بیکینگ) انجام نشده باشد، ممکن است لایه‌لایه شدن رخ دهد.

• پروفایل حرارتی ضعیف یا تجاوز از دمای Tg مشخص‌شده برای رزین (دمای انتقال شیشه‌ای، مثلاً استفاده از ماده FR-4 با نوع نادرست Tg) از عوامل متداول این پدیده هستند. بنابراین، هنگام انتخاب مواد، باید الزامات کاربرد نهایی محصول نیز ارزیابی شود و درجه مناسب Tg انتخاب گردد.
• در اثر چرخه‌های حرارتی، انبساط و انقباض لایه‌ها باعث شل شدن اتصالات می‌شود، به‌ویژه در برد‌های HDI یا برد‌هایی با هادی‌های مسی ضخیم.

3. مسائل ساخت و مواد

• فرآیندهای ساخت ضعیف : وجود ذرات، روغن‌ها یا لایه‌بندی نادرست در حین فشردن برد همیشه می‌تواند باعث جدایش لایه‌ها شود. در خطوط تولید کاملاً خودکار امروزی، این عامل به‌طور قابل توجهی کاهش یافته است.
• نوع نادرست Tg : FR-4 یا پلی‌ایماید باید با فرآیند حرارتی واقعی مونتاژ شما سازگار باشد.
• استفاده از مواد قدیمی برد، مواد خارج از مشخصات یا رزین منقضی‌شده می‌تواند منجر به جدایش لایه‌ها شود . توصیه می‌شود از مواد تولیدکنندگان بین‌المللی معتبر و پرکاربرد استفاده کنید.
• ماده با نوع نادرست Tg : اگر دمای فرآیند ریفلاکس به‌طور مداوم از حد مقاومت حرارتی زیرلایه بیشتر باشد، تشکیل حباب ناشی از جدایش لایه‌ها تنها مسئله زمان است. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، انتخاب زیرلایه مناسب با Tg مناسب می‌تواند احتمال بروز این مشکل را کاهش دهد.

4. عوامل مکانیکی و شیمیایی

• خم کردن برد، برخورد نادرست یا ضربه‌های فیزیکی می‌تواند باعث جدایش لایه‌ها شود، به‌ویژه زمانی که پیوندها قبلاً توسط رطوبت یا گرما تضعیف شده باشند.
• عوامل تمیزکننده، فلکس و بقایای ماسک لحیم‌کاری، در صورت عدم پاکسازی صحیح، می‌توانند باعث تخریب رابط بین لایه سطحی و بستر شوند و زمینه را برای جدایش فراهم کنند.

عوامل مکانیکی و شیمیایی: این عوامل معمولاً در مراحل بعدی پردازش مجدد و تولید مونتاژ دیده می‌شوند و توسط عوامل خارجی ایجاد می‌گردند.

جدول خلاصه: علل جدایش برد مدار چاپی (PCB)

مِیزلینگ و ترک‌های مدار چاپی: اشکال مرتبط جدایش لایه

جدایش لایه، میزلینگ و ترک‌خوردگی اغلب با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند اما نقص‌های مجزایی در دنیای برد مدار چاپی محسوب می‌شوند—هر کدام با مجموعه خطرات و علل خاص خود. این مسائل کیفیتی نه تنها بر ظاهر برد اثر می‌گذارند، بلکه ممکن است عملکرد الکتریکی و قابلیت اطمینان آن را نیز به شدت تحت تأثیر قرار دهند.

میزلینگ و نقص‌های برد مدار چاپی

میزلینگ به معنای ایجاد لکه‌های سفید بسیار کوچک و جداشده است که معمولاً در محل تقاطع الیاف شیشه در ماده پایه برد رخ می‌دهد. این لکه‌ها به صورت نقطه‌های سفید ریز زیر ماسک لحیم یا روکش دیده می‌شوند و گاهی اوقات اشتباهی به عنوان مراحل اولیه جدایش لایه در نظر گرفته می‌شوند. میزلینگ و جدایش لایه برد ارتباطی با هم دارند، زیرا هر دو ناشی از تخریب مواد روکش هستند که اغلب توسط رطوبت اضافی در برد یا فرآیندهای ساخت ضعیف ایجاد می‌شوند.

• مِیسلینگ معمولاً به دلیل اکسیداسیون یا خوردگی لایه فلزی روی سطح برد مدار چاپی (مانند لایه مس) یا وجود رطوبت ایجاد می‌شود، یا ممکن است ناشی از پوشش‌دهی نامناسب یا عملیات سطحی نادرست باشد، به ویژه هنگامی که برد‌ها در معرض تغییرات حرارتی سریع یا ضربه‌های حرارتی در حین لحیم‌کاری قرار می‌گیرند.
• هنگامی که رطوبت در مواد اولیه برد مدار چاپی به دام می‌افتد یا مواد دچار پخت نادرست می‌شوند، لکه‌های سفید کوچکی ظاهر می‌شوند. در طول زمان، این لکه‌ها ممکن است بزرگ‌تر شده و در صورت عدم اقدام، به رقیق‌شدن یا جدایش لایه‌ها به شکل جدی‌تری منجر شوند.

ترک‌های سطحی

ترک‌های ریز به صورت الگوی شبکه‌مانند از ترک‌های ریز که از طریق لایه زیرین برد مدار چاپی (PCB) امتداد دارند، مشخص می‌شود و معمولاً ناشی از خستگی مواد، کنترل نادرست متن و گرافیک در حین فرآیند جوشکاری و عملیات مکانیکی نامناسب مانند سوراخ‌کاری و برش نادرست است. برخلاف مِیزلینگ که محدوده محلی دارد، ترک‌های ریز اغلب سطوح گسترده‌تری را پوشش می‌دهند و ظاهری شبکه‌ای زیر لایه مقاوم در برابر مهر و موم جوش ایجاد می‌کنند. هرچند ترک‌های ریز همواره منجر به لایه‌لایه شدن نمی‌شوند، اما نشانه‌ای قابل مشاهده از تنش بوده و می‌توانند استحکام ساختاری برد را کاهش دهند.

هنگامی که فرم‌های مرتبط لایه‌لایه شدن مورد نگرانی باشد

• مِیزلینگ و ترک‌های ریز می‌توانند در صورت اعمال تنش بیشتر به برد از طریق چرخه‌های حرارتی یا مکانیکی، یا اگر رطوبت به دام افتاده در حین مونتاژ یا استفاده از محصول منبسط شود، منجر به لایه‌لایه شدن شوند.
• بردهایی که دارای تشکیل لکه‌های سفید کوچک و لایه‌لایه شده هستند باید برای بازرسی و آزمایش بیشتر در قرنطینه قرار گیرند. قبل از استفاده به طور منظم بررسی مشکلات مواد یا آزمایش‌های پایه را انجام دهید.
• با به‌کارگیری فرآیندهای علمی در طراحی، تولید و آزمایش، میزان وقوع این مشکلات به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته و قابلیت اطمینان و پایداری بلندمدت برد مدار چاپی (PCB) افزایش می‌یابد.

جدول مقایسه سریع: مِیسلینگ در مقابل کریزینگ در مقابل لایه‌لایه شدن

اثرات و پیامدهای جدایش لایه‌های برد مدار چاپی (PCB)

برد مدار چاپی (PCB) به عنوان یک ماده الکترونیکی با دقت بالا، اگر دچار پدیده جدایش لایه شود، پیامدهای گسترده‌ای خواهد داشت که جنبه‌های الکتریکی، حرارتی و مکانیکی دستگاه را تحت تأثیر قرار می‌دهد. مستقیم‌ترین پیامد، کاهش خواص مکانیکی و الکتریکی ورقه و در نهایت خرابی عملکردی است.

مشکلات عملکرد الکتریکی

اتصال کوتاه و مدار باز شده شایع‌ترین موارد هستند و همچنین علائم تشخیصی روزمره‌ای که بهترین انعکاس از پدیده جدایش لایه محسوب می‌شوند.

• قطع هادی: جایی که هادی‌ها یا ردیف‌ها جدا از ماده پایه ، مدارها باز می‌شوند و منجر به خرابی دستگاه یا ایرادات متناوب می‌شوند.
• اتصال کوتاه و CAF: لایه‌لایه شدن می‌تواند منجر به ایجاد مسیرهای جدید برای رشته‌های رسانای آندی (CAF) شود که چشمان لحیم‌کاری یا مسیرهای مسی را به هم متصل می‌کنند.

پیامدهای حرارتی و ساختاری

اغلب در حین فرآیند جوشکاری، لایه‌لایه شدن هنگام قرار گرفتن در معرض حرارت تشدید می‌شود. یا ترک‌خوردگی و تغییر شکل توسط نیروهای خارجی ایجاد می‌شود.

• عایق حرارتی: برآمدگی‌ها و شکاف‌ها جریان گرما را کاهش می‌دهند و باعث گرمایش بیش از حد و تخریب سریع محلی اجزای نزدیک به مناطق لایه‌لایه شده می‌شوند.
• ضعف مکانیکی: برد الکترونیکی توانایی خم شدن یا تحمل بارهای ضربه‌ای را از دست می‌دهد و منجر به ترک‌خوردگی و گسترش بیشتر لایه‌لایه شدن در مقیاس بزرگ می‌شود.

رطوبت و خوردگی

تأثیر زیرلایه‌هایی مانند FR-4 و CM-1 در جذب رطوبت از هوا در محیط‌های با رطوبت بالا.

• رطوبت به دام افتاده در برد مدار چاپی نه تنها باعث انبساط هنگام گرم شدن می‌شود، بلکه می‌تواند خوردگی را نیز تسریع کند، به ویژه در مناطق سوراخ‌های مسی باز یا مسیرهای موجود در ناحیه لایه‌لایه‌شده.
• قرار گرفتن مکرر مواد لمینت در معرض رطوبت بالا و شرایط نگهداری نامناسب، باعث تخریب مستمر می‌شود و در نتیجه به این موضوع منجر می‌شود.

تأثیر بر عمر مفید و قابلیت اطمینان محصول

برای یک تولیدکننده بزرگ برد مدار چاپی، هرچند بهینه‌سازی محیط خارجی و مدیریت موازین عملیاتی مشکل لایه‌لایه‌شدن را از بین برده است، اما در صورت وقوع این اتفاق، تأثیر بسیار بزرگی بر عمر برد مدار چاپی و قابلیت اطمینان محصولات نهایی خواهد داشت.

• لایه‌لایه‌شدن و انواع آن (مِیزلینگ، ترک‌های ریز) عمر مؤثر برد مدار چاپی را کاهش می‌دهند و بدین معناست که حتی دستگاه‌هایی که تست‌های اولیه عملکردی را پشت سر می‌گذارند، ممکن است ماه‌ها یا سال‌ها بعد دچار خرابی شوند و این امر به طور قابل توجهی عمر مفید محصول را کوتاه می‌کند.
• این خرابی‌های پنهان ممکن است منجر به فراخوانی پرهزینه و آسیب به اعتبار برند شوند، زیرا دستگاه‌ها به‌صورت غیرمنتظره در محل کاربری دچار خرابی می‌شوند.

نحوه تشخیص آسیب برد مدار چاپی (علائم و انواع جدایش لایه)

بهترین راه برای حل مشکلات، پیشگیری از آنهاست. آگاهی از علائم جدایش لایه‌های برد مدار چاپی برای تشخیص زودهنگام و کاهش خطرات حیاتی است؛ ما می‌توانیم مشکل را از طریق موارد زیر شناسایی کنیم.

نشانه‌های بصری

• ناحیه‌های دارای تغییر رنگ زیر ماسک لحیم‌کاری اغلب نشانه تجمع رطوبت یا شروع جدایش لایه است.
• تومورها یا حباب‌های روی لایه سطحی یا در نقاط اتصال داخلی، نشانه‌های مستقیمی هستند.
• جدایش لایه با حباب: منطقه متورم یا اسفنجی که از سطح برد مدار چاپی بیرون زده باشد.
• لکه‌های سفید کوچک دچار جدایش لایه: نشانه مِیسلینگ (measling) است، به‌ویژه پس از چرخه‌های حرارتی.

نشانه‌های الکتریکی و عملکردی

• خرابی‌های ناگهانی یا متناوب، به ویژه پس از اینکه برد چرخه‌های دمای بالا را تحمل کند.
• مدارها پس از عبور از فرآیند لحیم‌کاری بازچرخش یا موج، به طور غیرمنتظره اتصال کوتاه می‌شوند.
• مقادیر عجیب مقاومت یا قطع شدن اتصال در امتداد ردیف‌های مسی.

نشانه‌های مکانیکی

• بردها در نواحی جداشده، تاب برداشتن، خمش یا حس «کشسانی» غیرعادی نشان می‌دهند.

دلیل و نحوه وقوع جدایش لایه‌ها در حین لحیم‌کاری و پردازش حرارتی

هر برد مدار چاپی باید فرآیند مونتاژ دمای بالا را طی کند، اما جدایش لایه‌ها به ویژه در مراحل مونتاژ دمای بالا اتفاق می‌افتد و چندین عامل جدایش برد مدار چاپی، ارتباط بین طراحی، مواد و فرآیند را مشخص می‌کنند. بنابراین می‌توان خلاصه کرد که کدام بخش‌های تولید و طراحی این برد نیاز به بهینه‌سازی دارند.

لحیم‌کاری و بازچرخش به عنوان عوامل ایجادکننده

• پردازش حرارتی مانند ریفلاو و لحیم‌کاری امواجی، برد را به دماهای بالاتر از نقطه جوش آب (100°C) و گاهی بالاتر از 250°C نیز می‌رساند. این دما مقدار حداقلی چالش‌برانگیز برای مقاومت حرارتی برد مدار چاپی است.
• رطوبت محبوس‌شده در پایه برد تبخیر می‌شود و فشار داخلی ایجاد می‌کند؛ این وضعیت زمانی رخ می‌دهد که رطوبت باقی‌مانده در لایه داخلی برد وجود داشته باشد.
• اگر این فشار از ظرفیت چسبندگی مواد بیشتر شود، جداشدگی لایه‌ها رخ خواهد داد — به‌ویژه در نقاط ضعیف‌تر مانند ورودی ویاها یا لبه صفحات مسی.

علائم رایج ایجاد جداشدگی لایه‌ها در حین مونتاژ:

• نامناسب یا نادرست بودن دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) در مواد ورقه‌ای (مثلاً استفاده از ماده FR-4 با نوع نادرست Tg برای لحیم‌کاری بدون سرب). در الزامات فرآیند تولید برد مدار چاپی، انتخاب مشخصات و مدل مناسب ماده پایه به‌ویژه اهمیت دارد.
• بردها قبل از لحیم‌کاری پیش‌گرم نشده یا در خلا بسته‌بندی نشده‌اند و قبل از لحیم‌کاری در معرض رطوبت قرار گرفته‌اند. در فرآیندهای تولید فعلی، این عامل به ندرت موجب مشکل می‌شود. با این حال، مواد بسته‌بندی شده باز شده باید در اسرع وقت مصرف شوند تا از اتلاف مواد جلوگیری شود.
• مواد پایه PCB با کیفیت پایین که رطوبت جذب کرده یا تخریب شده‌اند.

چرا ممکن است ریزش مقیاس بزرگ رخ دهد

• اگر ریزش از یک نقطه لحیم‌کاری شروع شود، می‌تواند به سمت بیرون گسترش یابد و منجر به ریزش مقیاس بزرگ شود که چندین لایه از ماده پایه را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

انواع آزمون‌ها برای اندازه‌گیری ریزش PCB

انواع دقیق آزمون‌ها برای اندازه‌گیری ریزش در سراسر صنعت PCB استفاده می‌شود که امکان تشخیص پیشگیرانه و تضمین کیفیت را فراهم می‌کند.

روش‌های کلیدی آزمون

روش‌ها و راه‌حل‌های پیشگیری از لایه‌لایه شدن

حفاظت از لایه‌لایه شدن چندوجهی است و به طراحی، نگهداری، فرآیند و حتی روابط با تأمین‌کنندگان بستگی دارد.

انتخاب طراحی و ماده

• پس از درک عملکرد نهایی و کاربرد ماده، ماده FR-4 یا مواد جایگزین برد مدار چاپی با دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) و مقاومت در برابر رطوبت مناسب انتخاب شود.
• اگر محصول در محیط‌های با رطوبت بالا استفاده شود، در حین مونتاژ مدار چاپی (PCBA)، از رزین‌های تقویت‌شده استفاده کنید یا پوشش‌های محافظ انطباقی اعمال نمایید.

کنترل‌های ساخت و فرآوری

• در مناطق نگهداری و ساخت، کنترل دقیق رطوبت را حفظ کنید و قوانین و مقررات عملیاتی را به شدت رعایت نمایید.
• تمام برد‌ها را قبل از لحیم‌کاری، به ویژه قبل از مونتاژهای دمای بالا یا چندمرحله‌ای، حرارت دهید تا رطوبت آن‌ها حذف شود.
• تأمین‌کنندگان را از نظر ردیابی مواد اولیه مورد بازرسی قرار دهید و مواد دارای نوع صحیح Tg را الزامی کنید.

روش‌های بهترین مونتاژ

• از پروفایل‌های صحیح استفاده کنید تا لایه سطحی برد مدار چاپی و مس هرگز از حد مجاز تولیدکننده تجاوز نکند.
• بین چرخه‌های حرارتی به برد اجازه خنک‌شدن دهید تا خستگی ناشی از انبساط/انقباض به حداقل برسد.

مدیریت ایمن

• کارکنان را در مورد رعایت دستکاری ملایم و استفاده از دستکش برای جلوگیری از ترک‌های ریز آموزش دهید.
• به طور منظم به منظور تشخیص لکه‌های ریز، حباب‌ها و نواحی کوچک جداشده از هم بازرسی کنید؛ هرگاه مواد غیرعادی شناسایی شد، بلافاصله آن‌ها را در دسته مواد غیرقابل استفاده قرار داده و دستور ذخیره‌سازی داده شود.

کنترل محیط زیست

• از انبارهای کنترل‌شده از نظر آب‌وهوایی برای شرایط نگهداری مواد لایه‌ای استفاده کنید.
• با استفاده از سنسورهای رطوبت و دما پایش کنید تا جذب رطوبت جلوگیری شود.

مراحل تعمیر لایه‌بندی مجدد برد مدار چاپی (PCB)

در صورت وقوع لایه‌بندی مجدد، عملکرد برخی از مواد را می‌توان از طریق تعمیر حرفه‌ای بازیابی کرد:

• با استفاده از بازرسی بصری یا SAM تشخیص دهید.
• دستکاری بیشتر را متوقف کنید (برای جلوگیری از گسترش حباب‌ها یا شکاف‌ها).
• ناحیه را به دقت تمیز کنید — از مواد تمیزکننده قوی که باعث حل شدن چسب‌ها می‌شوند خودداری کنید.
• در صورت نیاز یک سوراخ رها کننده کوچک بکارید تا رزین اپوکسی را به داخل ناحیه لایه‌بندی‌شده تزریق کنید.
• اپوکسی با مشخصات بالا را تزریق کرده و فشار فشردگی اعمال کنید.
• عمل‌آوری در دمای کنترل‌شده برای بازیابی چسبندگی.
• دوباره آزمون کنید با استفاده از آزمون‌های اتصال الکتریکی و آزمون‌های تنش.

سوالات متداول

سوال: علت اصلی لایه‌لایه شدن در برد مدار چندلایه مدرن چیست؟

پاسخ: عوامل اصلی که امروزه می‌توانند منجر به لایه‌لایه شدن شوند، رطوبت کنترل‌نشده در زیرلایه برد مدار، استفاده از مواد روکش با دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) نادرست یا ناکافی برای فرآیند مونتاژ، و روش‌های ضعیف تولید یا لایه‌چینی هستند.

سوال: چگونه می‌توانم از لایه‌لایه شدن جلوگیری کنم اگر برد مدارها باید چندین بار از طریق لحیم‌کاری یا بازکاری عبور کنند؟

پاسخ: از ماده برد با Tg بالا استفاده کنید، رطوبت را دقیقاً کنترل کنید، بین فرآیندها برد را در پوشش خلا قرار دهید، و قبل از قرار گرفتن مجدد در دمای بالا، برد را حرارت دهید.

سوال: آیا هر ناحیه دارای رنگ پریدگی یا حباب نشان‌دهنده لایه‌لایه شدن مهم و بحرانی است؟

پاسخ: هر ناهنجاری بصری لزوماً به معنای دور ریختن قطعه نیست. لکه‌های سفید کوچک و جداشده (مِیسلینگ) همواره منجر به لایه‌لایه شدن نمی‌شوند، اما همیشه باید مراقب گسترش آن‌ها بود. تغییر رنگ اغلب نشانه‌ی نفوذ رطوبت است—قبل از ادامه مونتاژ، علت اصلی آن را برطرف کنید.

سوال: تفاوت بین مِیسلینگ، ترک‌های ریز و لایه‌لایه شدن چیست؟

پاسخ: مِیسلینگ به معنی ایجاد لکه‌های سفید کوچک است، ترک‌های ریز به صورت شبکه‌ای از ترک‌های نازک ظاهر می‌شوند، و لایه‌لایه شدن زمانی اتفاق می‌افتد که جدایش فیزیکی واقعی یا حباب‌هایی در روکش برد مدار چاپی یا بین لایه‌های مس و زیرلایه ایجاد شود.

سوال: آیا استفاده از مواد پاک‌کننده نامناسب می‌تواند باعث لایه‌لایه شدن شود؟

پاسخ: بله—به ویژه حلال‌های قوی ممکن است چسبندگی در لایه سطحی برد مدار چاپی یا بین لایه‌ها را تخریب کنند و در نهایت منجر به لایه‌لایه شدن شوند.

سوال: چرا برخی از قسمت‌های برد بیش از سایر قسمت‌ها دچار لایه‌لایه شدن می‌شوند؟

الف: لایه‌لایه شدن اغلب از نقاط تنش حرارتی یا مکانیکی آغاز می‌شود—مانند لبه‌ها، خوشه‌های ویا یا اطراف چشمک‌های لحیم‌کاری—به‌ویژه در جاهایی که تراکم هادی بالا است یا لایه‌ها استحکام چسبندگی پایین‌تری دارند.

سوال: چه نوع آزمون‌هایی باید در کنترل کیفیت ورودی و خروجی ما برای برد مدار چاپی (PCB) گنجانده شوند؟

پاسخ: از آنالیز میکروسکشن، TMA، IST، SAM و آزمون شناورسازی با لحیم برای اندازه‌گیری هر دو نوع لایه‌لایه‌شدگی بالقوه و موجود در تمام سری‌های حساس استفاده کنید. همیشه انواع خرابی را مستند و روند آن‌ها را پیگیری کنید.

نتیجه‌گیری و مرور بهترین روش‌های عمل

برد مدار چاپی (PCB) یک ماده الکترونیکی است که با دقت بالا پردازش می‌شود. این برد نیازها و استانداردهای بسیار بالایی در انتخاب مواد و نگهداری، کنترل فرآیند و بسته‌بندی خلاء و نگهداری محصولات نهایی دارد. لایه‌لایه شدن (Delamination) یک مکانیزم شکست پیچیده است که ناشی از رطوبت، انتخاب نادرست مواد، فرآیندهای ضعیف تولید و پردازش حرارتی نامناسب است. حوادثی همچون لایه‌لایه شدن گسترده، خرابی ناگهانی در محل کاربرد و رویدادهای بازگرداندن کالا همگی ریشه در همین عوامل اصلی لایه‌لایه شدن برد مدار چاپی دارند؛ پس از شناسایی مشکل، راه‌حل مناسبی انتخاب کنید و حداکثر میزان از زیان‌ها جلوگیری نمایید.

چک‌لیست پیشگیری از لایه‌لایه شدن شما:

• همیشه از مواد برد مناسبی استفاده کنید که دارای رتبه Tg مورد تأیید برای دمای فرآیند خاص شما باشند.

• کنترل دقیقی بر نحوه و محل نگهداری مواد ورقه‌ای داشته باشید و مطمئن شوید تمام برد مدارهای چاپی —چه ورودی و چه خروجی— طبق قوانین سخت‌گیرانه آب‌وهوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• نظارت بر رطوبت را تنظیم کنید و مرحله پیش‌گرم کردن را انجام ندهید، به ویژه برای برد‌هایی که ممکن است رطوبت جذب کرده باشند.

• تأمین‌کنندگانی را انتخاب کنید که گواهی‌های معتبری برای فرآیندها و مواد خود داشته باشند و به طور منظم از آنها بازدید کنید.

• تمام افرادی را که برد‌ها را تحویل می‌گیرند یا مونتاژ می‌کنند در مورد لایه‌لایه شدن و نحوه جلوگیری از آن آموزش دهید —یعنی آموزش دهید که هر چیزی که غیرعادی به نظر یا عمل می‌رسد را شناسایی و گزارش دهند.

• آزمون‌های قوی و قابل اعتمادی را به عنوان بخشی از بررسی‌های معمول فرآیند و کنترل کیفیت نهایی خود برای بررسی لایه‌لایه شدن انجام دهید.