درجات حرارة اختبار الحرق الأمثل لموثوقية لوحات الدوائر المطبوعة: دليل شامل

صور العميل المخلوطة

الاختبار المحترق هو بطل موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور غير المجهول ، مما يزيل العيوب الكامنة قبل أن تصل المنتجات إلى العملاء. من خلال إخضاع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لدرجات حرارة مرتفعة والإجهاد الكهربائي ، يمكن للمصنعين تحديد المكونات الضعيفة ، ومفاصل اللحام المعيبة ، والتناقضات المادية التي قد تسبب فشل في هذا المجال. لكن النجاح يتوقف على متغير حرج واحد: درجة الحرارة. اختر منخفضًا جدًا ، وتبقى العيوب مخفية ؛ مرتفع جدًا ، وأنت تخاطر بإتلاف مكونات جيدة. فيما يلي كيفية تحديد درجة حرارة الحرق المثلى لـ PCB ، سواء كان مقدرًا لهاتف ذكي أو روبوت صناعي أو جهاز طبي.

الوجبات الرئيسية
يجب أن تتجاوز درجات حرارة A.-Burn-in الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل من ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمقدار 20-30 درجة مئوية لتسريع اكتشاف العيوب دون إتلاف مكونات.
B. حدود المادية (EG ، درجة حرارة انتقال الزجاج FR-4 ، TG) تملي الحدود العليا: مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور النموذجية كحد أقصى عند 125 درجة مئوية ، في حين أن التصاميم عالية درجة الحرارة (PTFE ، السيراميك) تتسامح مع 150-200 درجة مئوية.
C.InduStry معايير (AEC-Q100 للسيارات ، IPC-9701 للاستخدام العام) دليل درجة حرارة الدليل: 85 درجة مئوية للإلكترونيات الاستهلاكية ، 125 درجة مئوية للسيارات ، و 130 درجة مئوية للفضاء.
ترتبط مدة الاختبار مع درجة الحرارة: درجات الحرارة الأعلى (125 درجة مئوية) تتطلب 24-48 ساعة ، في حين أن النطاقات المعتدلة (85 درجة مئوية) تحتاج إلى 48-72 ساعة لفضح العيوب.

ما هو الاختبار المحترق ولماذا يهم
الاختبار المحترق هو عملية اختبار الإجهاد تعرض مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لدرجات حرارة مرتفعة ، والجهد ، وأحيانًا الاهتزاز لتسريع فشل المكونات الضعيفة. هدفها هو تحديد عيوب "وفيات الرضع" - القضايا التي من شأنها أن تسبب فشلًا مبكرًا (في غضون 10 ٪ الأولى من عمر المنتج) ولكن لا يتم اكتشافها بواسطة عمليات فحص الجودة القياسية.

وتشمل هذه العيوب:
مفاصل لحام الحمل: الروابط الضعيفة التي تكسر تحت الإجهاد الحراري.
B.Component تدهور: المكثفات الكهربائية مع الشوارد المجففة أو أشباه الموصلات مع القطع الصغيرة.
التناقضات الآلية: delamination في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات أو تتبع التآكل من بقايا التدفق.
بدون حرق ، تؤدي هذه العيوب إلى مطالبات الضمان المكلفة والأضرار السمعة. وجدت دراسة أجرتها جمعية صناعة الإلكترونيات (EIA) أن الحرق يقلل من معدلات فشل الميدان بنسبة 60 إلى 80 ٪ في تطبيقات الموثوقية عالية مثل الأجهزة الطبية.

علم درجة الحرارة في اختبار الحرق
درجة الحرارة هي المتغير الأكثر أهمية في الحرق. درجات الحرارة الأعلى تسريع التفاعلات الكيميائية والإجهاد الفيزيائي ، مما تسبب في فشل المكونات الضعيفة بشكل أسرع. ومع ذلك ، هناك توازن دقيق:
أ.
ب.
تعتمد درجة الحرارة المثلى على ثلاثة عوامل:
1. حدود المواد PCB: درجة حرارة الانتقال الزجاجي (TG) للركيزة (على سبيل المثال ، FR-4 TG = 130-170 درجة مئوية) تملي الحد الأقصى لدرجة الحرارة الآمنة.
2. بيئة الاستخدام: يجب أن تتجاوز الحرق الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل من PCB بمقدار 20-30 درجة مئوية لمحاكاة الشيخوخة على المدى الطويل.
3. معايير Industry: تحدد إرشادات مثل AEC-Q100 (السيارات) و IPC-9701 (عام) نطاقات درجة الحرارة للموثوقية.

كيف تؤثر مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور على حدود درجة الحرارة
ركائز ومكونات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لها عتبات حرارية صارمة. تجاوز هذه الأسباب ضرر لا رجعة فيه:

القاعدة الرئيسية: يجب أن تبقى درجة حرارة الحرق 10-20 درجة مئوية تحت أدنى مادة TG لتجنب إتلاف مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بالنسبة إلى FR-4 القياسي (TG = 150 درجة مئوية) ، تحترق هذه القبعات عند 130 درجة مئوية.

تتراوح درجة الحرارة المثلى حسب التطبيق

تختلف حالات استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور على نطاق واسع ، لذلك يجب أن تتماشى درجات الحرارة المحترقة مع بيئات التشغيل الخاصة بها. إليك كيفية تخصيص الاختبار:

1. إلكترونيات المستهلك (الهواتف الذكية ، أجهزة التلفزيون)
نطاق درجة حرارة التشغيل: 0–70 درجة مئوية (المحيط).
ب. درجة حرارة الحرق: 85-105 درجة مئوية.
C.Rationale: يتجاوز الحد الأقصى لاستخدام درجة الحرارة بمقدار 15-35 درجة مئوية ، مع التأكيد على المكونات دون إتلاف FR-4 (TG = 130 درجة مئوية) أو المكثفات الدراسية المستهلك (تم تصنيفها 85 درجة مئوية).
D.Duration: 24-48 ساعة. أوقات أطول (72+ ساعة) تخاطر تجفيف المكثفات الكهربائية منخفضة التكلفة.
E.Standard: Jedec JESD22-A108 (يوصي 85 درجة مئوية/85 ٪ RH لمدة 48 ساعة).

2. الإلكترونيات الصناعية (وحدات التحكم في السيارات ، أجهزة الاستشعار)
A. تشغيل درجة الحرارة: -20-105 درجة مئوية (أرضيات المصنع ، العبوات الخارجية).
ب. درجة حرارة الحرق: 105-125 درجة مئوية.
C.Rationale: يختبر المرونة في ظروف المصنع المتطرفة. يستخدم TG-TG FR-4 (TG = 170 درجة مئوية) لتحمل 125 درجة مئوية دون إلغاء.
D.Duration: 48–72 ساعة. تحتاج المكونات الصناعية (على سبيل المثال ، مقاومات الطاقة) إلى إجهاد أطول لفضح العيوب الكامنة.
C.Standard: IPC-9701 (الفئة 2 ، يوصي 125 درجة مئوية لمدة 48 ساعة).

3. إلكترونيات السيارات (ADAS ، وحدة التحكم الإلكترونية)
A. تشغيل درجة الحرارة: -40-125 درجة مئوية (خلجان المحرك ، underhood).
ب. درجة حرارة الحرق: 130-150 درجة مئوية.
C.Rationale: يحاكي أكثر من 10 سنوات من الحرارة. يستخدم TG-TG FR-4 (TG = 170 درجة مئوية) أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعدنية (MCPCBs) للتعامل مع 150 درجة مئوية.
D.Duration: 48-96 ساعة. تتطلب أنظمة سلامة السيارات (على سبيل المثال ، وحدات التحكم في الوسادة الهوائية) اختبارًا صارمًا لتلبية ISO 26262.
E.Standard: AEC-Q100 (الصف 2 ، يحدد 125 درجة مئوية ل 1000+ دورة ؛ محاذاة محترقة مع هذا).

4. الأجهزة الطبية (زرع ، معدات التصوير بالرنين المغناطيسي)
نطاق درجة حرارة التشغيل: 10-40 درجة مئوية (ملامسة الجسم) أو -20-60 درجة مئوية (أنظمة التصوير).
ب. درجة حرارة الحرق: 60-85 درجة مئوية (زرع) أو 85-105 درجة مئوية (التصوير).
C.Rationale: تستخدم عمليات الزرع المواد المتوافقة حيوياً (على سبيل المثال ، ركائز نظرة خاطفة) حساسة للحرارة العالية ؛ تحتاج أنظمة التصوير إلى درجة حرارة أعلى لإيجاد إمدادات الطاقة.
D.Duration: 72–120 ساعة. يضمن الاختبار الأطول الموثوقية في التطبيقات المهمة للحياة.
E.Standard: ISO 13485 (يتطلب التحقق من صحة درجات حرارة الحرق مقابل الاستخدام السريري).

5. الفضاء والدفاع (الرادار ، إلكترونيات الطيران)
A. تشغيل درجة الحرارة: -55-125 درجة مئوية (البيئات القصوى).
ب. درجة حرارة الحرق: 125-175 درجة مئوية.
C.Rationale: يستخدم ركائز عالية الأداء (على سبيل المثال ، PTFE ، TG = 260 درجة مئوية) لتحمل 175 درجة مئوية. اختبارات مقاومة للشيخوخة التي يسببها الإشعاع.
D.Duration: 96-168 ساعة (أسبوع واحد). حاسمة للأنظمة مع عمر 20+ سنة.
E.Standard: MIL-STD-883H (الطريقة 1015 ، يحدد 125 درجة مئوية لمدة 168 ساعة لأجهزة الفئة H).

درجة حرارة الحرق مقابل المدة: العثور على البقعة الحلوة

درجة الحرارة والمدة تعمل معًا لفضح العيوب. درجات الحرارة الأعلى تقلل من الوقت المطلوب ، ولكن التوازن هو المفتاح:

أخطاء حرق مشتركة لتجنبها
حتى مع الإرشادات ، فإن الأخطاء في اختيار درجة الحرارة شائعة:

1. تجاهل تصنيفات المكونات
لا يمكن لثنائي الفينيل متعدد الكلور مع المكثفات المصنفة بنسبة 85 درجة مئوية الخضوع بأمان باحتراق 105 درجة مئوية ، حتى لو كانت الركيزة (FR-4) تسمح بذلك. تحقق دائمًا من أوراق البيانات المكونة للحصول على أقصى درجات تشغيل.

2. درجة حرارة موحدة لجميع الطبقات
في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات ، فخ الطبقات الداخلية حرارة ، تصل إلى 5-10 درجة مئوية أعلى من درجات الحرارة السطحية. استخدم النمذجة الحرارية (على سبيل المثال ، ANSYS) لضمان بقاء الطبقات الداخلية أقل من TG.

3. تخطي اختبار ما بعد الحرق
يحدد Burn-in الفشل ، لكن الاختبار (الاستمرارية الكهربائية ، وفحص تكامل الإشارة) يؤكد أن مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصحية لم تتضرر. قد يضعف حرق 125 درجة مئوية مفاصل اللحام دون التسبب في فشل فوري-اختبار الاختبار يمسك بهذا.

4. يطل على الرطوبة
بالنسبة إلى مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في البيئات الرطبة (على سبيل المثال ، أجهزة الاستشعار الخارجية) ، يجمع بين 85 درجة مئوية مع 85 ٪ من الرطوبة النسبية (لكل Jedec JESD22-A110) يسرع التآكل ، وفضح مشكلات النزرة الجافة الجافة.

كيفية التحقق من صحة درجة حرارة الحرق
قبل الإنتاج الكامل ، تحقق من صحة درجة الحرارة التي اخترتها مع دفعة صغيرة (10-50 مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور):
1. اختبار الاختبار: إجراء الاختبارات الكهربائية (الاستمرارية ، المعاوقة) والتفتيش البصري.
2. Burn-in: تشغيل في درجة حرارة المستهدفة للمدة المخطط لها.
3.post-test: كرر الشيكات الكهربائية/البصرية. قارن معدلات الفشل بالبيانات التاريخية.
4. Adjust: إذا كان> 5 ٪ من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور فشل بعد الاختبار ، انخفاض درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية. إذا فشل <1 ٪ ، فكر في الزيادة بمقدار 5-10 درجة مئوية للقبض على المزيد من العيوب.

الأسئلة الشائعة
س: هل يمكن أن يحرق الضرر ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصحي؟
ج: نعم ، إذا تجاوزت درجة الحرارة حدود المواد. على سبيل المثال ، يتسبب حرق 150 درجة مئوية على FR-4 (TG = 130 درجة مئوية) في 30 ٪ من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، لكل اختبار IPC. ابق دائمًا أقل من TG.

س: هل هناك درجة حرارة "ذات حجم واحد يناسب الجميع"؟
A: لا. PCB PCB (85 درجة مئوية حرق) و PCB الفضاء (150 درجة مئوية) لهما احتياجات مختلفة إلى حد كبير. توافق مع الحدود النهائية والمواد.

س: ماذا لو كان لدى ثنائي الفينيل متعدد الكلور مكونات مختلطة (حوالي 85 درجة مئوية ، حوالي 125 درجة مئوية)؟
ج: استخدم أقل تصنيف مكون مثل درجة حرارة الحد الأقصى. على سبيل المثال ، إذا تم إقران المكثفات 85 درجة مئوية مع أشباه الموصلات 125 درجة مئوية ، فإن Cap Burn-in عند 85 درجة مئوية.

س: هل يحترق حرق اختبارات الموثوقية الأخرى؟
ج: لا. إنه يكمل ركوب الدراجات الحرارية والاهتزاز واختبار الرطوبة. حرق في الوفيات الرضع. الاختبارات الأخرى التحقق من صحة المرونة طويلة الأجل.

الخلاصة
توازن درجات حرارة الحرق المثلى من التوازن بين الإجهاد والسلامة ، مما يضمن فشل المكونات الضعيفة أثناء الاختبار-وليس في هذا المجال. من خلال مواءمة درجة الحرارة مع مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وبيئات الاستخدام النهائي ، ومعايير الصناعة ، يمكن للمصنعين تقليل فشل المجال بشكل كبير. سواء أكان اختبار أداة المستهلك عند 85 درجة مئوية أو نظامًا للفضاء عند 150 درجة مئوية ، يظل الهدف كما هو: قم بتسليم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تؤدي بشكل موثوق طوال عمرها.