PCB:n kerrostuminen: Syyt, ehkäisy ja ratkaisut

Johdanto

Painettu piirilevy (PCB) on jokaisen elektronisen laitteen ydin, joka hiljaa käynnistää puhelimiamme, ajoneuvojamme, lääketieteellistä laitteistoa ja satelliitteja. Kiinan tuotanto- ja valmistusprosessien, kykyjen ja teknologioiden kehittyessä jatkuvasti. Jopa korkealaatuisimmiltakin levyiltä ei kuitenkaan voi täysin välttyä yhdeltä yleisimmistä ja kalliimmista vioista elektroniikassa: pcb-kerrosten irtoamiselta. Kun levyn kerrokset alkavat erota toisistaan, sähköiset viat ja tuoterekallit seuraavat usein tiiviisti perässä.

Ymmärrä PCB:n kerrostuminen ja kuinka sitä voidaan estää. Ensinnäkin on ymmärrettävä, että eriytymisen syyt voidaan karkeasti jakaa neljään kategoriaan: materiaaliongelmat, valmistusprosessin ongelmat, ulkoiset ympäristövaikutukset ja epäsoveltuvat kemialliset käsittelyt jne. Jos tarkastelemme asiaa yksityiskohtaisemmin valmistusprosessin näkökulmasta, mutta miten kosteus, lämpökäsittely, asennus ja varastointiolosuhteet vaikuttavat toisiinsa. Kuten kerrostuminen, mehuläiskät ja pinnan halkeilu ovat vikoja, jotka heikentävät PCB:n pintakerrosta ja sisärakennetta, heikentäen luotettavuutta ja joskus myös turvallisuutta.

Mikä on PCB:n kerrostuminen?

PCB:n (painolevyn) kerrosten irtoaminen viittaa ilmiöön, jossa piirilevyn eri kerrokset alkavat erottua toisistaan valmistusprosessin aikana. PCB:n kerrosten irtoaminen tapahtuu, kun levyn kerrokset – kuparin, hartsin ja substraatin yhdistelmät – alkavat erota erilaisten mekaanisten, lämpötilaan liittyvien tai kemiallisten tekijöiden vaikutuksesta. Kerrosten irtoamista voi ilmetä muodossa kuplia tai halkeamia, värimuutoksia ja kuplien muodostumista, vesipurseita tai jopa PCB:n pinnan vääntymistä. Kun kerrostuma tapahtuu, se voi johtaa kosteuden kertymiseen PCB:ssä, mikäli sitä ei huomata, ja nopeuttaa lisävahinkoja, mikä puolestaan johtaa PCB:n toiminnan menetykseen.

Yleisesti käytettyjen materiaalien perusteella levyt, kuten FR-4 tai polyimidi, käytetään PCB:n pohjamateriaaleina. Nämä laminaatit, liimat ja kuparifoliot ovat huolellisesti suunniteltuja, mutta silti alttiita vaurioitumiselle. Jos niitä altistetaan liialliselle kosteudelle tai lämpötilan vaihteluille, jopa korkealaatuiset laminaattimateriaalit voivat irrota, ellei niitä valmisteta ja käsitellä oikein.

Miksi PCB-kerrosten erilleen irtoaminen on kriittinen ongelma

Miksi kerrosten erilleen irtoaminen herättää niin paljon huomiota piirilevyjen maailmassa? Yksinkertaisesti sanottuna: jos kerrokset irtoavat toisistaan, koko piirilevy voi epäonnistua. PCB toimii perustavana komponenttina signaalien ja piirien siirrossa koko ohjauspaneelissa.

Miksi kerrosten erilleen irtoaminen on niin vaarallista:

• Sähköiset viat: Suorin seuraus on johtavien polkujen katkeaminen; virta tai data menetetään, ja satunnaiset viat ilmenevät.
• Lämpökuormitukset: Koska kerrosten välinen ilmarako johtaa heikompaan lämmönsiirtoon, syntyy paikallisia "kuumia pisteitä", jotka lopulta kiihdyttävät lisää vaurioitumista.
• Rakenteellinen heikkous: Rakenteellisesta näkökulmasta katsoen, kun alustan PCB-materiaalit irtoavat toisistaan, ne menettävät mekaanisen lujuutensa ja ovat alttiita halkeamiselle, erityisesti asennuksen tai korjauksen aikana.
• Pitkäaikainen vahingoittuminen: Kosteus PCB:n substraatissa jatkaa hyökkäämistä sisältäpäin, mikä johtaa korroosioon, mehulaiseen ja lisääntyneeseen kuperaantumiseen. Tämä on ulkoisesta ympäristöstä aiheutuva tekijä.
• Piilevät riskit: Vaikka kerrosten irtoaminen ei ehkä heti pysäytä laitetta, se lyhentää PCB:n elinikää – aiheuttaen tuotteiden rikkoutumisen paljon ennen niiden tarkoitetun käyttöiän päättymistä, ja PCB on menettänyt perustavanlaatuisimman suorituskykynsä.

PCB:n kerrosten irtoamisen syyt: Pääasialliset tekijät

Jos haluat ratkaista kerrostumisen ongelman, aloita syistä.

Irtoamisen syiden ymmärtäminen ja sen selvittäminen, miksi irtoaminen tapahtuu, on ensimmäinen askel estämiseen.

1. Kosteenottö ja ilmankosteus

PCB-alustamateriaalit ovat hygroskooppisia—ilmiö kosteuden absorptiosta on yleensä tiiviissä yhteydessä käytettyjen materiaalien kemialliseen rakenteeseen ja huokoisuuteen sekä ympäristön ilmankosteuteen. Yleiset PCB-kannattimet, kuten FR-4 (epoksiharjapohjainen lasikuitukomposiitti), sisältävät tiettyjä huokosia ja voivat ottaa kosteutta ilmasta. Tämä tarkoittaa, että ne ottavat kosteutta ympäristöstä, erityisesti jos levy jätetään suojautumattomaksi korkeassa ilmankosteudessa. Ylimääräinen kosteus PCB:ssä voi joutua jumiin PCB-alustaan ja altistua kosteudelle valmistuksen, varastoinnin tai kuljetuksen aikana. Myöhempi altistuminen korkealle lämpötilalle juotettaessa muuttaa tämän kosteuden höyryksi.

• Kun PCB:ssä oleva kosteus kuumenee yli veden kiehumispisteen, siitä aiheutuu voimakas sisäinen paine. Jos laminaatti ei pysty vapauttamaan tai ottamaan vastaan tätä painetta, kerrokset alkavat erottua toisistaan, mikä johtaa sähkösuorituskyvyn heikkenemiseen, epätasaiseen lämpölaajenemiseen, mekaanisen lujuuden alenemiseen ja jopa ongelmiin kuten sähköisiin oikosuluihin, ja lopulta tapahtuu täysi delaminaatio.
• Laminaattimateriaalien säilytysolosuhteet ovat kriittisiä. Kun ilman kosteus nousee, se myös kiihdyttää kosteuden adsorptiota. Jos substraatin pinta imee kosteutta, kosteuden imeytymisnopeus kasvaa ilmankosteuden noustessa. Siksi tyhjiösinettömyys tai piirilevyjen uunikuivatus ennen asennusta jättäminen on yleisin syy tähän.
• PCB:n substraatissa oleva kosteus voi myös aiheuttaa hilseilyä (katso alla).

2. Lämpökuormitus ja lämpökäsittely

Kun PCB siirtyy SMT-assemblaatti- ja käsittelyvaiheeseen, jokainen levy kestää toistuvaa lämpöstressiä asennuksen aikana. Lämpökäsittely (uudelleenliuosoldattaminen, aaltosoldattaminen, korjaus) kuumentaa levyn yli 200 °C:n. Korkean lämmön vaikutuksesta laminaatin vanhuessa tilassa, väärän resiinin tyypissä tai jos sitä ei ole uunikaiverrutettu, voi seurata kerrostuminen.

• Huono lämpöprofiili tai resiinin määritetyn Tg:n (lasimuuntumislämpötila, esim. FR-4-materiaalin käyttö väärällä Tg-tyypillä) ylittäminen ovat yleisiä laukeamissyyt. Siksi materiaalien valinnassa tulisi arvioida myös tuotteen lopullisia sovellustarpeita ja valita sopiva Tg-luokka.
• Lämpösyklien alaisena kerrosten laajeneminen ja kutistuminen 'löystää' sidoksia, erityisesti HDI-levyissä tai niissä, joissa on paksuja kuparijohtimia.

3. Valmistus- ja materiaaliongelmat

• Huonot valmistusprosessit : Levyn puristuksen aikana esiintyvät epäpuhtaudet, öljyt tai virheellinen laminaatio voivat aina aiheuttaa kerrosten irtoamista. Nykyään täysin automatisoiduissa tuotantolinjoissa tätä tekijää on saatu huomattavasti vähennettyä.
• Väärä Tg-tyyppi : FR-4 tai polyimidi on sovitettava kokoonpanosi todelliseen lämpökäsittelyyn.
• Vanhat, teknisiltä ominaisuuksiltaan virheelliset levymateriaalit tai vanhentunut hartsi voivat aiheuttaa kerrosten irtoamista . Suositellaan käytettäväksi materiaaleja yleisesti käytetyistä kansainvälisistä merkeistä.
• Materiaali, jossa on väärä Tg-tyyppi : Jos läpilämmitys on jatkuvasti kuumempaa kuin substraatin nimellinen kestävyys, kerrosten irtoaminen ja kuplien muodostuminen ovat vain ajan kysymys. Kuten edellä mainittiin, oikean Tg-arvoisen substraatin valinta voi vähentää tämän ongelman todennäköisyyttä.

4. Mekaaniset ja kemialliset laukaisevat tekijät

• Levyn taivuttaminen, huono käsittely tai iskut voivat aiheuttaa kerrosten irtoamista, erityisesti kun sidokset ovat heikentyneet kosteuden tai lämmön vuoksi.
• Puhdistusaineet, juotosuola ja juotosmaskin jäämät voivat heikentää pintakerroksen ja perustan välistä liitosta, jos niitä ei puhdisteta oikein, mikä voi johtaa kerrostumiseen.

Mekaaniset ja kemialliset laukaisijat esiintyvät yleensä myöhemmissä uudelleenkäsittely- ja kokoonpanotuotantovaiheissa, ja ne aiheutuvat ulkoisista tekijöistä.

Yhteenvetotaulukko: PCB:n kerrostumisen syyt

Measling ja PCB:n halkeilu: Erilaiset muodot pintaerottumisesta

Pintaerottuma, measling ja halkeilu usein sekoitetaan keskenään, mutta ne edustavat erilaisia vikoja painetussa piirilevyluokassa – kussakin on omat riskinsä ja syyt. Nämä laatuongelmat vaikuttavat ei ainoastaan PCB:n ulkonäköön, vaan voivat myös vakavasti heikentää sen sähköisiä suorituskykyä ja luotettavuutta.

Measling ja PCB-viat

Measling on hyvin pienten, irtoamiseen liittyvien valkoisten täplien muodostuminen, yleensä piirilevyn pohjamateriaalin lasikuitten risteyskohdissa. Ne näkyvät hienoina valkoina pisteenä juotosuojakerroksen tai laminaatin alla ja niihin voidaan helposti sekoittaa varhaisvaiheen pintaerottuma. Measlingillä ja PCB:n pintaerottumalla on tietty yhteys, koska molemmat johtuvat usein laminaattimateriaalien hajoamisesta, johon voi vaikuttaa liiallinen kosteus piirilevyssä tai huono valmistusprosessi.

• Measling ilmenee yleensä hapettumisen tai korroosion seurauksena PCB:n pinnan metallikerroksessa (kuten kuparikerros), kosteuden vuoksi, tai epäasianmukaisen pinnoituksen tai pintakäsittelyn takia, erityisesti kun levyjä altistetaan nopeille lämpötilan muutoksille tai lämpöshokeille juottamisen aikana.
• Kun kosteus jäänyt PCB:n perusmateriaaleihin tai kun materiaalit on kovutettu väärin, ilmenee pieniä valkoisia pisteitä. Ajan myötä nämä pisteet voivat kasvaa ja johtaa vakavempaan kerrostumiseen, jos niitä ei korjata.

Crazing

Kreikkaantuminen ilmenee verkkoisena mikrokolmina, jotka kulkevat PCB:n peruslaminaatin läpi. Sitä esiintyy yleensä materiaalin väsyessä, painokuvien ja grafiikan huonosti hallitussa hitsauksessa sekä epäasianmukaisissa mekaanisissa toimenpiteissä, kuten virheellisessä porauksessa ja leikkaamisessa. Toisin kuin paikkatavallinen mehuläiskä, kreikkaantuminen peittää usein laajempia alueita ja muodostaa verkkomaisen tai silkkimäisen ulkonäön juotosmassan alla. Vaikka kreikkaantuminen ei aina aiheuta kerrostumista, se on näkyvä merkki rasituksesta ja voi heikentää levyn rakenteellista vahvuutta.

Kun liittyvät muodot kerrostumisesta ovat huolenaihe

• Mehuläiskät ja kreikkaantuminen voivat johtaa kerrostumiseen, jos levyä rasitetaan lisää lämpötilan vaihdellessa tai mekaanisesti, tai jos jäänyt kosteus laajenee asennuksen tai tuotteen käytön aikana.
• Levyt, joiden pinnalla esiintyy hyvin pieniä valkoisia kerrostuneita pisteitä, tulisi eristää tarkempaa tarkastusta ja testausta varten. Suoritetaan säännöllisesti ongelmien tarkistuksia materiaaleihin tai perustesteihin ennen käyttöä.
• Tieteellisten suunnittelu-, valmistus- ja testausprosessien käyttöönotolla näiden ongelmien esiintymistiheys voidaan merkittävästi vähentää, ja PCB:ien luotettavuutta sekä pitkän aikavälin vakautta voidaan parantaa.

Nopea vertailutaulukko: Measling vs. Crazing vs. Delamination

PCB-laminaation vaikutukset ja seuraukset

PCB on korkean tarkkuuden elektroninen materiaali. Laminaation seuraukset ja siihen liittyvät ilmiöt ovat laajalle levinneet ja vaikuttavat laitteen sähköisiin, lämpöön ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Suorin seuraus on levyn mekaanisten ja sähköisten ominaisuuksien heikkeneminen, jopa toiminnallinen vika.

Sähköiset suorituskykyongelmat

Oikosulut ja avoimet piirit ovat yleisimpiä ja tavallisia diagnostisia oireita, jotka parhaiten kuvaavat laminaatiota.

• Johdin katkeaa: Joissa johdintiellä tai jäljillä irtoaa perustasomateriaalista , piirit aukeavat, mikä johtaa laitteen toimintahäiriöihin tai välittäisiin vioihin.
• Oikosulut ja CAF: Kerrostuman irtoaminen voi johtaa uusien johtavien anodisten säikeiden (CAF) muodostumiseen, jotka yhdistävät juotetalat tai kupariradat.

Lämpö- ja rakennemuutokset

Usein hitsauksen aikana delaminaatio pahenee lämmön vaikutuksesta. Tai halkeilua ja muodonmuutoksia aiheutuu ulkoisista voimista.

• Lämmöneristys: Kuplat ja aukot heikentävät lämmönsiirtoa, mikä aiheuttaa ylikuumenemista ja nopeaa paikallista komponenttien heikkenemistä delaminoituneiden alueiden läheisyydessä.
• Mekaaninen heikkous: Levy menettää taipumiskykynsä ja kykynsä kestää iskukuormia, mikä johtaa halkeiluun ja edelleen laajamittaiseen delaminaatioon.

Kosteus ja korroosio

Substraattien, kuten FR-4:n ja CM-1:n, vaikutus kosteuden imeytymiseen ilmasta korkean ilmankosteuden ympäristössä.

• PCB:ssa oleva jumittunut kosteus aiheuttaa paitsi lämpenemisen yhteydessä laajenemista, myös voi kiihdyttää korroosiota, erityisesti paljaille kuparipinnoille tai jäljille eristeen kerrosten välisessä irtoamisalueessa.
• Toistuva altistuminen korkealle ilmankosteudelle ja huonot varastointiolosuhteet laminaattimateriaaleille mahdollistavat jatkuvan haurastumisen, mikä puolestaan johtaa siihen.

Tuotteen käyttöiän ja luotettavuuden vaikutus

Suuren PCB-valmistajan kohdalla, vaikka ulkoisen ympäristön optimointi ja toimintakäytäntöjen hallinta ovat estäneet kerrosten irtoamisen ongelman, sen esiintyminen vaikuttaa huomattavasti PCB:n elinkauteen sekä lopputuotteiden luotettavuuteen.

• Kerrosten irtoaminen ja sen muunnelmat (measling, crazing) lyhentävät tehokkaasti PCB:n käyttöikää, ja tarkoittavat sitä, että laitteet, jotka läpäisevät alustavat toimintakokeet, voivat alkaa epäonnistua kuukausien tai vuosien kuluttua, mikä merkittävästi lyhentää tuotteen käyttöikää.
• Nämä piilotetut viat voivat aiheuttaa kalliita takaisinpoikkeja ja vahingoittaa brändin mainetta, kun laitteet epäonnistuvat yllättäen käytössä.

Kuinka tietää, onko PCB vaurioitunut (oireet ja kerrosten irtoamisen tyypit)

Paras tapa ratkaista ongelmia on estää niitä. PCB:n kerrosten irtoamisen oireiden tunteminen on ratkaisevan tärkeää varhaisen havaitsemisen ja riskien vähentämisen kannalta; voimme tunnistaa ongelman seuraavien vihjeiden perusteella.

Visuaaliset vihjeet

• Juotosmaskin alla oleva värimuutos viittaa usein kosteuden kertymiseen tai alkavaan kerrosten irtoamiseen.
• Pursekkeet tai kuplat pintakerroksen tai sisäisten kerrosten liitoskohdissa ovat suoria osoituksia.
• Kerrosten irtoamisen pursuke: Turvottu tai suttuisen tuntuinen alue, joka nousee ylös PCB:n pinnasta.
• Pienet valkoiset irronneet alueet: Viittaavat mehulaiseen, erityisesti lämpösyklien jälkeen.

Sähköiset ja toiminnalliset vihjeet

• Yllättävät tai välittömät viat, erityisesti kun levy kestää korkean lämpötilan syklejä.
• Piirit epäonnistuvat uudelleenlämmityksen tai aaltopinnauksen jälkeen, silmät yhtyvät odottamatta.
• Epätavallisia resistanssilukemia tai jatkuvuuden menetystä kuparikaiteilla.

Mekaaniset vihjeet

• Levyt näyttävät epätavallista vääntymistä, taipumista tai tuntuvat 'sämpyläisiltä', kun niitä käsitellään eristyneiden alueiden lähellä.

Miksi ja miten eristäminen tapahtuu juotettaessa ja lämpökäsittelyn aikana

Jokaisen PCB:n on pakko kulkea korkean lämpötilan kokoamisprosessin läpi, mutta eristäminen on erityisen todennäköistä korkean lämpötilan kokoonpanovaiheissa, ja useat PCB:n eristämisen syyt yhdistävät suunnittelun, materiaalin ja prosessin. Siksi voidaan tiivistää, mitkä valmistuksen ja suunnittelun osat tässä PCB:ssä tulisi optimoida.

Juotteen ja uudelleenlämmityksen rooli laukaisijoina

• Lämmöntalteenotto, kuten reflow- ja aaltopinnat, altistaa levyt vesihöyrystymispistettä korkeammille lämpötiloille (100 °C) ja joskus yli 250 °C. Tämä lämpötila on haastava minimiarvo PCB:n lämpövastukselle.
• PCB:n perustassa oleva kosteus haihtuu muodostaakseen sisäisen paineen, tämä tilanne esiintyy, kun PCB:n sisäkerroksessa on jäljellä kosteutta.
• Jos paine ylittää liiman pitävyyden, tapahtuu kerrostuminen – erityisesti heikoimmilla alueilla, kuten viakanauhojen kohdilla tai kuparipaddein reunoilla.

Yleiset delaminaation aiheuttajat asennuksen aikana:

• Epäriittävä tai väärä Tg laminaattimateriaaleissa (esimerkiksi FR-4-materiaalin käyttö väärän tyyppisellä Tg-arvolla lyijyttömään juotteen valmistukseen). PCB-valmistusprosessin vaatimuksissa on erityisen tärkeää valita sopiva spesifikaatio ja perusmateriaalin malli.
• Levyltä puuttuu esikuivaus tai tyhjiöpakkaukset, ja ne ovat altistuneet kosteudelle ennen juottamista. Nykyisissä valmistusprosesseissa tämä tekijä tuskin muodostaa kannustinta. Kuitenkin avatuista pakkauksista materiaalit tulisi käyttää mahdollisimman pian, jotta vältettäisiin materiaalihäviö.
• Alaalaisten laadun pcb-perusmateriaalien kosteuden imeytymisestä tai heikentymisestä johtuen.

Miksi laajamittainen kerrosten irtoaminen voi tapahtua

• Jos kerrosten irtoaminen alkaa yhdestä juotospisteestä, se voi levitä ulospäin ja aiheuttaa laajamittaista kerrosten irtoamista, joka vaikuttaa useisiin perusmateriaalin kerroksiin.

Testityypit PCB-kerrosten irtoamisen mittaamiseksi

Kokonaisia testityyppejä käytetään laajalti koko PCB-teollisuudessa mahdollistaen ennakoivan havainnoinnin ja laadun varmistamisen.

Tärkeimmät testimenetelmät

Menetelmiä liimaliitosten irtoamisen estämiseksi ja ratkaisuja

Suojautuminen liimaliitosten irtoamista vastaan on monitahoinen ja perustuu suunnitteluun, säilytykseen, prosessointiin sekä jopa toimittajasuhteisiin.

Suunnittelu ja materiaalin valinta

• Kun materiaalin lopullinen suorituskyky ja käyttötarkoitus on ymmärretty, valitaan FR-4-materiaali tai vaihtoehtoinen PCB-materiaali, jolla on soveltuvat Tg-arvo ja kosteudenkesto.
• Jos tuotetta käytetään korkeassa ilmankosteudessa, etenevässä PCBA-asennuksessa tulisi käyttää tehostettuja hartsoja tai levittää suojaavaa muotiohuttaa.

Valmistus- ja prosessikontrollit

• Ylläpidä tiukkaa kosteuden hallintaa varastointi- ja valmistustiloissa sekä noudattakaa tiukasti toimintaohjeita ja sääntöjä.
• Uunikaikki kaikki levyt poistaaksesi kosteuden ennen juottamista, erityisesti ennen korkean lämpötilan tai usean kierroksen asennuksia.
• Tarkista raaka-aineiden jäljitettävyys toimittajilta ja vaadi materiaalia oikealla Tg-tyypillä.

Asennuksen parhaat käytännöt

• Käytä oikeita profiileja, jotta piirilevyn pinnan kerros ja kupari eivät koskaan ylitä valmistajan määrittelemiä arvoja.
• Salli jäähdytys lämpöjaksojen välillä laajenemisen/supistumisen väsymyksen vähentämiseksi.

Turvallinen käyttö

• Kouluta henkilökuntaa varovaisesta käsittelystä ja käsineiden käytöstä mikrokolmen välttämiseksi.
• Tarkista säännöllisesti mustumia, kuplia ja pieniä irtoamisalueita; heti kun epänormaaleja materiaaleja havaitaan, ne on välittömästi luokiteltava käyttökelvottomien materiaalien alueelle ja siirrettävä säilytettäväksi.

Ympäristövalvonta

• Käytä ilmastointilaitteistoilla varustettuja varastoja laminaattimateriaalien säilytykseen.
• Valvo kosteuden ja lämpötilan antureilla, jotta kosteuden imeytyminen voidaan estää.

PCB:n kerrosten irtoamisen korjausvaiheet

Jos kerrosten irtoaminen on jo tapahtunut, osan materiaalien toiminnallisuus voidaan palauttaa ammattimaisella korjauksella:

• Diagnoosi visuaalisen tarkastuksen tai SAM-tutkimuksen avulla.
• Lopeta edelleen käsittely (estääksesi kuplien tai rakojen leviämisen).
• Puhdista alue huolellisesti – vältä voimakkaita puhdistusaineita, jotka liuottavat liimoja.
• Poraa tarvittaessa pieni reliefovarsi, jotta epoksi voidaan ruiskuttaa irtoamisalueeseen.
• Ruiskuta korkealaatuista epoksiainetta ja käytä puristuspainetta.
• Koveta ohjatussa lämpötilassa palauttaaksesi adheesion.
• Testaa uudelleen sähköisen jatkuvuuden ja rasitustestien avulla.

Usein kysytyt kysymykset

K: Mikä on modernien monikerroksisten PCB-levyjen kerrostumisen pääasiallinen syy?

V: Nykyään kerrostumiseen voivat johtaa muun muassa huonosti hallittu kosteus PCB-alustassa ja varastoinnissa, liima-aineiden käyttö väärällä tai riittämättömällä Tg-arvolla asennusprosessia varten sekä heikot valmistus- tai laminointikäytännöt.

K: Miten voin estää kerrostumisen, jos PCB-levyjen on kestettävä useita juottokertoja tai korjaustyövaiheita?

V: Käytä korkean Tg:n levymateriaalia, tarkkaile kosteustasoa tiiviisti, sinetöi levyt tyhjiötiiviisti välissä olevien prosessien ja uunikuivaa levyt ennen kuin altistat niitä uudelleen korkeille lämpötiloille.

K: Ilmaiseeko jokainen tahra tai kupla kriittistä kerrostumista?

A: Kaikki visuaaliset poikkeamat eivät vaadi hävittämistä. Pienet valkoiset erittymisalat (measling) eivät välttämättä aina aiheuta kerrosten eriytymistä, mutta niiden leviämistä tulisi aina seurata. Värinmuutokset usein viittaavat jääneeseen kosteuteen – ongelman juurisyyt tulee korjata ennen kuin asennus jatkuu.

K: Mikä ero on measlingin, crazingin ja kerrosten eriytymisen välillä?

A: Measling tarkoittaa pienten valkoisten pisteiden muodostumista, crazing ilmenee verkostona hienoja halkeamia ja delaminointi tarkoittaa, että PCB:n laminaatissa tai kuparin ja substraatin välillä tapahtuu todellista fyysistä eriytymistä tai muodostuu kuplia.

K: Voivatko virheelliset puhdistusaineet aiheuttaa kerrosten eriytymistä?

A: Kyllä – erityisesti voimakkaat liuottimet voivat heikentää adheesiota PCB:n pintakerroksessa tai kerrosten välillä, mikä voi lopulta johtaa kerrosten eriytymiseen.

K: Miksi tietyt alueet levylle eriytyvät enemmän kuin muut?

A: Kerrosten erottuminen alkaa usein lämpö- tai mekaanisen rasituksen kohdista — reunoista, porausreikäryhmistä tai juotosilmukoiden ympäriltä — erityisesti siellä, missä johtimien tiheys on suuri tai kerroksilla on heikompi tarttumislujuus.

K: Mitä tyyppejä testejä tulisi sisällyttää tulostarkastukseen ja lähtevään laadunvalvontaan PCB:ien osalta?

A: Käytä mikrolevitysanalyysiä, TMA:ta, IST:tä, SAM:ia ja juotteen kelluntatestiä mittaamaan sekä mahdollista että olemassa olevaa kerrosten erottumista kaikissa kriittisissä erissä. Dokumentoi aina vikatyypit ja seuraa niiden kehitystä.

Johtopäätös ja parhaiden käytäntöjen kertaus

PCB on elektroninen materiaali, joka on käsitelty erittäin tarkasti. Sillä on erittäin tiukat vaatimukset ja standardit materiaalien valinnalle ja varastoinnille, prosessikontrollille sekä valmiiden tuotteiden tyhjiöpakkaukselle ja varastoinnille. Kerrostuminen on monimutkainen vauriomekanismi, joka johtuu kosteudesta, materiaalien valinnasta, huonosta valmistusprosessista ja virheellisestä lämpökäsittelystä. Laajamittainen kerrostuminen, yllättävät kenttävikaantumiset ja takaisinvetokampanjat johtuvat kaikki näistä pääasiallisista syistä PCB:n kerrostumiseen. Kun ongelma on tunnistettu, on valittava asianmukainen ratkaisu ja minimoitava tappiot mahdollisimman pitkälle.

Kerrostumisen ehkäisyn tarkistuslista:

• Käytä aina oikeita levymateriaaleja, joilla on asianmukainen ja sertifioitu Tg-arvo prosessilämpötiloillesi.

• Pidä tiukasti hallussa sitä, miten ja missä laminaattimateriaaleja säilytetään, ja varmista, että kaikkia PCB:itä —saapuvia tai lähteviä—käsitellään tiukkojen ilmastollisten sääntöjen mukaisesti.

• Aseta kosteuden seuranta ja älä ohita esikuivausvaihetta, erityisesti piireillä, jotka saattavat olla imurtaneet kosteutta.

• Valitse toimittajia, joilla on vankat sertifikaatit prosesseistaan ja materiaaleistaan, ja tarkista heidän tilannettaan säännöllisesti.

• Kouluta kaikki henkilöt, jotka käsittelevät tai kokoavat piirejä, tunnistamaan pintakerrosten irtoaminen ja estämään sitä —mikä tarkoittaa, että heidät on opetettava huomaamaan ja ilmoittamaan kaikista epätavallisilta näyttävistä tai toimivista asioista.

• Suorita tehokkaita ja luotettavia testejä pintakerrosten irtoamisen varalta osana normaaleja prosessitarkastuksia ja lopullista laadunvalvontaa.