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Introduzione
La delaminazione dei PCB è un problema che affligge l'industria elettronica da decenni. Può causare seri problemi, ma non è qualcosa con cui devi convivere.
Se la tua scheda viene delaminata, può significare migliaia di dollari in rilavorazioni e tempo di produttività perso. Quindi cos'è esattamente la delaminazione del PCB? E come puoi impedire che accada alle tue schede?
Delaminazione PCB
Spiegazione della delaminazione PCB
Ciò può verificarsi quando si verifica un disallineamento tra più strati del substrato del PCB a causa di un danno, oppure quando lo strato di maschera di saldatura è danneggiato.
La delaminazione si verifica quando lo strato laminato che tiene insieme la lamina di rame e gli strati dielettrici inizia a separarsi da se stesso e dagli altri strati del PCB.
Questo può causare problemi di connessione tra i componenti , soprattutto se sono molto vicini tra loro. Può anche provocare una scossa elettrica se si tocca qualcosa sotto tensione mentre una pista scoperta è ancora collegata a un circuito o a una batteria.
Cosa causa la delaminazione del PCB?
È causato dal guasto della maschera di saldatura, che è lo strato che protegge le tracce di rame dalla corrosione e dai danni. Per capire perché questo accade, è utile conoscere un po' come vengono realizzati i PCB.
I PCB sono generalmente realizzati con un substrato in FR-4 a doppia faccia. Il substrato presenta un sottile strato di resina epossidica su entrambi i lati. Su un lato viene applicato uno strato di rame, che viene poi ricoperto con un rivestimento protettivo che previene l'ossidazione o la corrosione durante l'uso.
Il rivestimento protettivo su un lato del circuito stampato è chiamato maschera di saldatura perché ha lo scopo di impedire che la saldatura aderisca ad aree di rame in cui non dovrebbe essere saldata. Quando queste aree si espongono a causa della delaminazione, possono costituire un punto di ingresso per acqua o altri contaminanti che possono causare corrosione e, nel tempo, portare al guasto del circuito.
Umidità sul PCB
Umidità
Questa è la causa principale della delaminazione del PCB. La delaminazione si verifica quando l'umidità penetra tra gli strati di un PCB, facendoli separare e staccarsi. Man mano che l'umidità evapora, può lasciare filigrane negli strati.
La causa più comune di delaminazione dei PCB è l'eccessiva umidità. La presenza di umidità provoca condensa e formazione di brina, che possono causare danni da shock termico sulla scheda. Questo tipo di danno può provocare la delaminazione nel tempo o immediatamente dopo un picco di tensione.
Stress termico su PCB
Stress termico
I PCB possono essere soggetti a stress termico perché sono fabbricati utilizzando strati di rame e altri materiali, che sono incollati insieme con un adesivo termoindurente.
Quando la temperatura cambia, questo adesivo può diventare meno efficace nel tenere insieme le tavole. La scheda potrebbe essere ancora in grado di funzionare normalmente quando fa freddo, ma man mano che si riscalda inizierà a separarsi.
La delaminazione del PCB può verificarsi anche quando un produttore non segue le procedure adeguate o non utilizza materiali di qualità nel proprio processo di produzione.
Processo di produzione scadente
Processo di produzione scadente
Questo può anche causare la delaminazione del PCB. Durante la produzione di un PCB, sono necessarie diverse fasi, tra cui incisione , placcatura e stampa. La qualità e la pulizia di questi processi possono influire sull'integrità e sulla durata del materiale.
Quando il PCB si delamina durante l'assemblaggio , significa che si è verificato un problema in una o più fasi del processo produttivo. Ciò potrebbe essere dovuto alla mancanza di formazione o esperienza adeguata da parte del produttore, oppure all'utilizzo di materiali o attrezzature di scarsa qualità.
Un buon produttore si assicurerà sempre che i propri dipendenti siano adeguatamente formati ed esperti in tutti gli aspetti del processo di produzione prima di iniziare a lavorare sul tuo ordine. In questo modo possono garantire che tutto vada liscio senza errori o problemi lungo il percorso!
Materiali di bassa qualità
Materiali di bassa qualità
Il problema della delaminazione dei PCB può essere ricondotto ad alcuni fattori, il più importante dei quali è la scarsa qualità dei materiali. Quando la qualità dei tuoi PCB è bassa, c'è una maggiore probabilità che si rompano e inizino a separarsi.
Oltre a utilizzare materiali di qualità inferiore per i tuoi PCB, puoi anche aumentare la probabilità di delaminazione non utilizzando tecniche adeguate per maneggiarli. Se non tieni bene i tuoi PCB quando li sposti da un posto all'altro, o se li lasci cadere su superfici dure o li sottoponi a temperature estreme, questo può causare danni che portano alla delaminazione.
Tipo errato di materiali FR-4 Tg
Tipo errato di materiali FR-4 Tg
È importante utilizzare il tipo corretto di materiale FR-4 Tg nella produzione di PCB. I materiali FR-4 Tg sono un tipo di resina epossidica utilizzata nella costruzione di PCB. È fondamentale scegliere il materiale FR-4 Tg corretto per il prodotto finale, poiché ciò può influenzare la durata e la resistenza dei PCB nel tempo.
Se si sceglie di utilizzare un tipo errato di materiale FR-4 Tg, i PCB possono delaminarsi e rompersi prematuramente. Ciò può causare problemi con la loro affidabilità e longevità, che porteranno a costi più elevati per te come produttore.
Delaminazione vs morbillo
Delaminazione vs differenza di morbillo
Come discusso in precedenza, la delaminazione è una separazione degli strati dei materiali di base del PCB, che crea spazi vuoti o bolle che sembrano vesciche. Ciò si verifica nel processo di produzione quando nel circuito stampato sono presenti calore o umidità indesiderati.
Il morbillo è un'indicazione della disintegrazione dei pezzi nella trama all'interno della tavola. Il morbillo può essere lieve e tollerabile purché non sia frequente o se non fa da ponte ai conduttori e agli occhi di saldatura. Lo stress durante la produzione potrebbe causare il morbillo.
Tipi di test per misurare la delaminazione
Esistono diversi tipi di test che possono essere utilizzati per misurare la delaminazione. Il più comune è la microscopia acustica a scansione e l'analisi termomeccanica. Questi segni includono bolle, crepe e altre anomalie nello strato di rivestimento.
Microscopia acustica a scansione
Microscopia acustica a scansione
Un metodo di controllo non distruttivo che utilizza le onde ultrasoniche per misurare lo spessore dei materiali. È particolarmente utile per rilevare la delaminazione, ovvero quando due superfici unite si separano.
Questo test utilizza un laser per scansionare la superficie del materiale. Il laser può creare una mappa della topografia del campione, consentendo ai ricercatori di determinare la presenza di crepe o altri difetti. Si tratta di uno dei metodi più comuni per rilevare la delaminazione nei materiali compositi.
Analisi termomeccanica
Analisi termomeccanica
Questo test misura quanta energia è necessaria per rompere un campione. Un analizzatore termomeccanico applica pressione a un campione e quindi misura la forza necessaria per romperlo. Se non è presente delaminazione, questo test non dovrebbe rivelare alcun cambiamento nella forza di rottura o nell'energia.
Viene utilizzato per determinare le proprietà meccaniche di un materiale, compresa la sua elasticità e resistenza. Viene spesso utilizzato per misurare la delaminazione dei materiali e può essere utilizzato per determinare la qualità di adesivi, rivestimenti e altri prodotti.
Parametri di stress test
È importante disporre di parametri chiari e coerenti per ottenere un circuito stampato accurato in grado di resistere a periodi di forte domanda. Questi sono i parametri di stress test per evitare la delaminazione del PCB:
Prova del galleggiante di saldatura
Prova del galleggiante di saldatura
Si tratta di un test di durata accelerata che simula gli effetti di un giunto di saldatura sottoposto a cicli termici. Il giunto di saldatura è sottoposto a un numero di cicli termici sei volte superiore a quello che subirebbe in una normale applicazione. Questo test viene eseguito a 288°C, che è superiore alla temperatura operativa tipica della maggior parte dei componenti elettronici.
N passaggi nella simulazione di riflusso
Un metodo di prova comune consiste nel simulare il processo di rifusione ad alta temperatura riscaldando e raffreddando il PCB più volte. In questo test, ogni volta che il PCB viene riscaldato e raffreddato, viene chiamato "N-pass". Il numero di passaggi in cui non è possibile vedere alcuna delaminazione è il numero massimo consentito di N passaggi.
Stress Test di interconnessione
Stress Test di interconnessione
Senza un test adeguato, la modalità comune è libera di vagare per l'intera scheda, spesso distruggendo l'integrità della traccia e del pad o causando un quasi guasto. Eseguendo un Interconnect Stress Test, un tecnico può estrarre modalità comuni e quindi ridurre questi problemi. Questo semplice test può essere eseguito per risparmiare milioni di dollari sui costi di produzione identificando prima della produzione se i circuiti stampati sono a rischio.
Un test che simula le condizioni dei cicli termici a cui sarà sottoposto un assieme durante la sua vita utile. Questo test viene eseguito applicando una forza statica al PCB (6X @ 230℃). La forza statica viene applicata per 10 secondi e poi rilasciata per 30 secondi. Questo ciclo si ripete per un minuto. La durata del test è mantenuta a un minuto per garantire che tutte le proprietà del materiale siano testate nelle stesse condizioni.
Il tempo a 260°C deve essere maggiore di 10 minuti
Per garantire che il circuito stampato non si delamini, è necessario assicurarsi che il tempo a 260 ℃ sia superiore a 10 minuti.
La temperatura del PCB durante il test dipende dal tipo di resina epossidica utilizzata nella sua produzione. Alcune resine epossidiche sono più resistenti al calore di altre e richiedono meno tempo a temperature più elevate.
Come prevenire la delaminazione del PCB
Prevenire la delaminazione del PCB dipende innanzitutto dal sapere esattamente cosa l'ha causata. Se sai cosa ha causato la delaminazione del tuo PCB, puoi adottare misure per evitare che accada di nuovo. Ecco alcuni suggerimenti per prevenire la delaminazione del PCB:
Mantenere asciutto
Mantenere asciutto
La delaminazione del PCB è un problema comune nei circuiti stampati, che può verificarsi quando la scheda è esposta all'umidità. Se stai conservando la scheda per un lungo periodo di tempo, è importante tenerla asciutta.
Il modo migliore per farlo è tenere la tavola in un contenitore chiuso senza buchi o crepe che lascerebbero entrare l'umidità. Puoi anche ottenere una confezione di essiccante e conservarla all'interno del contenitore con il tuo PCB.
Strato di ossido
Strato di ossido
Questa è la prima linea di difesa contro la delaminazione. Funge da barriera tra la scheda e le piste di rame, impedendo loro di entrare in contatto tra loro e causare cortocircuiti.
Man mano che la scheda viene danneggiata e usurata nel tempo, questo strato di ossido può consumarsi ed esporre le tracce di rame. Se noti tracce di rame esposte sui tuoi PCB, dovrai adottare misure per evitare che questi problemi si verifichino in futuro.
Cottura della tavola
La cottura del circuito stampato prima del trattamento termico è una pratica comune nell'industria dei PCB. Questo passaggio è necessario perché l'umidità può rimanere intrappolata tra gli strati di rame e dielettrico e causare delaminazione durante il processo termico.
La delaminazione si verifica quando lo strato di rame si separa dal dielettrico e dà luogo a un cortocircuito elettrico. La cottura dei pannelli prima della lavorazione termica aiuta a eliminare l'umidità e altri contaminanti dalla superficie dei pannelli, riducendo così al minimo il rischio di delaminazione durante la lavorazione termica.
Qualificazione del fornitore
La prevenzione della delaminazione inizia con la scelta di un fornitore in grado di soddisfare le vostre esigenze e superare tutti i test di qualificazione. Il fornitore deve essere in grado di fornire schede accettabili per il vostro processo e che abbiano superato eventuali test aggiuntivi di cui potreste aver bisogno. Questo articolo discuterà cosa dovresti cercare in un fornitore. Questo qualifica i fornitori e come testare le schede che forniscono.
Conclusione
La verità è che la delaminazione può capitare a chiunque. Sia che tu abbia progettato e prodotto i tuoi PCB, sia che tu abbia gestito solo l'assemblaggio. Sei ancora responsabile della cattura di potenziali difetti nella costruzione del tabellone. Tutto inizia con adeguate tecniche di progettazione e pianificazione, ma prestare molta attenzione durante il processo di produzione è altrettanto importante. Si spera che questo articolo abbia dato un'idea migliore di come individuare i segnali nella fase iniziale, prima che si trasformino in problemi costosi in seguito.
