درجات حرارة اختبار الحرق PCB: الدليل الشامل للعثور على النقاط الضعيفة وتعزيز الموثوقية

تخيل شحن 10000 PCB فقط ليكون 500 فشل في غضون 3 أشهر. هذا الكابوس "الفشل المبكر" يكلف الوقت والمال، وثقة العلامة التجارية. الحل؟ اختبار الحرق:عملية تضغط على PCBs عند درجات حرارة مرتفعة لإزالة المكونات الضعيفة قبل أن تصل إلى العملاءلكن هنا المشكلة: اختر درجة الحرارة الخاطئة، وستفوت عيوب (منخفضة جداً) أو ستضر بالألواح الجيدة (عالية جداً).

النقطة الحلوة؟ 90 °C إلى 150 °C ة نطاق معتمد من قبل معايير الصناعة مثل IPC-9701 و MIL-STD-202. هذا الدليل يكسر كيفية تعيين درجة حرارة الحرق المثالية، لماذا اختيار المواد (على سبيل المثال،مواد عالية Tg FR4)، وكيفية تجنب الفخاخ الشائعة (الإفراط في الضغط، سوء الإدارة الحرارية).هذه خريطة طريقك إلى صفر فشل مبكر وموثوقية طويلة الأمد.

المعلومات الرئيسية
1نطاق درجة الحرارة غير قابل للتفاوض: 90 درجة مئوية 150 درجة مئوية توازن الكشف عن العيوب وسلامة اللوحة أقل من 90 درجة مئوية يفوت الأجزاء الضعيفة ، فوق 150 درجة مئوية خطر التلف.
2حدود محركات المواد: عالية Tg FR4 (Tg ≥150 °C) تتعامل مع 125 °C ≈ 150 °C ؛ القياسية FR4 (Tg 130 °C ≈ 140 °C) تصل إلى 125 °C لتجنب التشوه.
3.تتوجيهك معايير الصناعة: أجهزة الكترونيات الاستهلاكية تستخدم 90 درجة مئوية/125 درجة مئوية (IPC-9701) ؛ والجيش/الفضاء يحتاج 125 درجة مئوية/150 درجة مئوية (MIL-STD-202).
4البيانات تفوق التخمينات: تتبع درجة الحرارة والجهد ومعدلات الفشل أثناء الاختبار لتحسين العملية واكتشاف المكونات الضعيفة.
5.إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية: النقاط الساخنة أو نتائج انحراف تدفق الهواء السيئة تستخدم أجهزة غسيل الحرارة والقنوات الحرارية وغرف الحلقة المغلقة للحفاظ على درجات الحرارة ثابتة.

ما هو اختبار الحرق؟ لماذا تُهم الحرارة؟
اختبار الحرق هو اختبار الإجهاد لـ PCBs: إنه يعرض اللوحات إلى درجات حرارة مرتفعة (وأحيانًا الجهد) لتسريع فشل المكونات الضعيفة (على سبيل المثال ، مفاصل اللحام الخاطئة ،مكثفات منخفضة الجودة)الهدف؟ محاكاة أشهر/سنوات من الاستخدام في أيام، وضمان أن أكثر PCBs موثوقية فقط تصل إلى العملاء.

درجة الحرارة هي المتغير الأكثر أهمية هنا لأن:

درجات حرارة منخفضة (≤80°C): لا تؤدي إلى إجهاد المكونات بما فيه الكفاية، وتبقى الأجزاء الضعيفة مخفية، مما يؤدي إلى فشل في المجال المبكر.
ب.درجات حرارة عالية (> 150 درجة مئوية): تتجاوز درجة حرارة انتقال الزجاج في PCBs (Tg) ، مما يسبب التشوه أو التشويش أو التلف الدائم للمكونات الجيدة.
المدى المثالي (90 درجة مئوية ∼150 درجة مئوية): يؤدي إلى فشل الأجزاء الضعيفة دون الإضرار بالألواح الصحية ∼ وقد ثبت أنه يقلل من معدلات الفشل المبكر بنسبة 70٪ أو أكثر.

النطاق الأمثل لدرجة حرارة الحرق: حسب التطبيق والمعيار
لا يتم إنشاء جميع PCBs متساويًا تعتمد درجة حرارة الحرق الخاصة بك على استخدام PCB النهائي والمواد ومعايير الصناعة. فيما يلي تقسيم لأكثر النطاقات شيوعًا ، مدعومًا بالمعايير العالمية.

1نطاقات درجة الحرارة حسب الصناعة
تتطلب التطبيقات المختلفة مستويات مختلفة من الموثوقية هنا كيفية مواءمة درجة الحرارة مع حالة الاستخدام الخاصة بك

مثال: جهاز PCB للهاتف الذكي (الالكترونيات الاستهلاكية) يستخدم 100 درجة مئوية لمدة 16 ساعة ٪ كافية لتعريض الرقائق الدقيقة المعيبة دون إتلاف لوحة FR4.جهاز رادار عسكري يحتاج لـ 150 درجة مئوية لمدة 72 ساعة لضمان عمله في طائرات مقاتلة.

2لماذا القيم مهمة
اتباع معايير IPC أو MIL-STD أو AEC ليس مجرد ضابطية، بل هو وسيلة مثبتة لتجنب الأخطاء. على سبيل المثال:
a.IPC-9701: المعيار الذهبي لـ PCBs للمستهلكين / الصناعي يحدد 90 °C 125 °C لتحقيق التوازن بين اكتشاف العيوب والتكلفة.
b.MIL-STD-202G: يتطلب 125 °C ∼150 °C للمعدات العسكرية ∼الحرجة لـ PCBs التي لا يمكن أن تفشل في القتال أو الفضاء.
c.AEC-Q100: للكترونيات السيارات ‬تطلب 125°C ‬140°C لتتوافق مع درجات الحرارة تحت الغطاء.

تخطي المعايير مخاطر الإفراط في الاختبار (تلف الألواح) أو الافتقار إلى الاختبار (العيوب المفقودة).يتبع هذه المعايير إلى الحرف ‬ضمان كل PCB تلبية احتياجات موثوقية صناعتها.

كيف تؤثر مواد PCB على حدود درجة حرارة الحرق
مادة الـ"بي سي بي" الخاصة بك، وتحديداً درجة حرارة انتقال الزجاج (تي جي) تحدد الحد الأقصى لدرجة حرارة الاحتراق الآمنة.Tg هي درجة الحرارة التي يرن فيها الراتنج PCBs ويفقد قوة هيكليةتجاوز Tg أثناء الحرق، وسوف تحصل على ألواح مشوهة أو طبقات مقطوعة.

1المواد الشائعة لـ PCB و حدود حرقها

القاعدة الحرجة: لا تتجاوز أبداً 80٪ من Tg المادة أثناء الحرق. على سبيل المثال ، FR4 عالي Tg (Tg 150 ° C) يصل إلى 120 ° C (80٪ من 150 ° C) لتجنب الترقية.

2لماذا FR4 عالية Tg هو تغيير لعبة
بالنسبة لـ PCB التي تحتاج إلى درجات حرارة حرق أعلى (على سبيل المثال ، السيارات ، الصناعية) ، فإن FR4 عالي Tg أمر لا بد منه. إليك السبب:
a. مقاومة الحرارة: Tg 150 °C 180 °C يسمح لها بتعامل مع 125 °C 150 °C حرق دون تشويه.
b.المدى الطويل: مقاومة للتفريغ (فصل الطبقات) تحت الضغوطات الحرجة للموثوقية طويلة الأجل.
c. المقاومة الكيميائية: تقاوم الزيوت ومواد التبريد ومواد التنظيف (الشائعة في الاستخدام الصناعي / السيارات).

تستخدم LT CIRCUIT FR4 عالية Tg لـ 70% من PCBs الصناعية / السيارات ، مما يقلل من معدلات الفشل المبكر بنسبة 60% مقارنة مع FR4 القياسي.

كيف يزيد اختبار الحرق من موثوقية PCB
اختبار الاحتراق ليس مجرد "جيد أن يكون"إنه استثمار في الموثوقية. إليك كيف يؤثر على أداء PCBs الخاص بك، على المدى القصير والطويل.

1اكتشاف الفشل المبكر: وقف العيوب قبل شحنها
منحنى حوض الاستحمام هو نموذج موثوق به: PCBs لديه معدلات فشل مبكرة عالية (المكونات الضعيفة) ، ثم فترة طويلة من الاستخدام المستقر ، ثم فشل متأخر (الارتداء والمزيل).اختبار الحرق يزيل مرحلة الفشل المبكرة من خلال:
a. الضغط على المكونات الضعيفة: مفاصل اللحام الخاطئة أو المكثفات ذات الجودة المنخفضة أو الممرات غير المتماسية تفشل تحت 90 درجة مئوية قبل أن يصل PCB إلى العميل.
ب.خفض مطالبات الضمان: وجدت دراسة أجرتها اللجنة الدولية للسيارات أن اختبار الحرق يقلل من تكاليف الضمان بنسبة 50٪ إلى 70٪ للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.

دراسة حالة: أضاف مصنع أجهزة كمبيوتر محمولة حرق 100 درجة مئوية / 24 ساعة في عملية PCB. انخفضت معدلات الفشل المبكر من 5٪ إلى 0.5٪ ، مما يوفر 200،000 دولار سنويًا في إصلاحات الضمان.

2الأداء على المدى الطويل: التحقق من المدى الطويل
لا يكتفي اختبار الحرق بالقبض على العيوب، بل يثبت أنها ستستمر. من خلال محاكاة سنوات من الضغط الحراري، يمكنك:
a.اختبار متانة المفاصل اللحامية: تظهر الدورة الحرارية (جزء من الحرق في بعض الصناعات) الإرهاق في مفاصل اللحام الحرج لـ PCBs في بيئات تتقلب درجة الحرارة (على سبيل المثال ، السيارات ،أجهزة استشعار خارجية).
ب. تحقق من استقرار المادة: يجب أن تبقى FR4 عالية Tg صلبة عند 125 درجة مئوية ؛ إذا انحرفت ، فأنت تعرف أن المادة أقل من المتوسط.
c.أفضل التصاميم: إذا فشل PCB عند 130 درجة مئوية ، فيمكنك إضافة قنوات حرارية أو نقل المكونات الساخنة لتحسين تبديد الحرارة.

3التحسين القائم على البيانات
كل اختبار حرق ينتج بيانات قيمة
a.طرق الفشل: هل تفشل المكثفات في معظم الأحيان؟ هل تتصدع مفاصل اللحام عند 140 درجة مئوية؟ هذا يخبرك أين تحسين BOM أو التصميم.
ب.أعمدة الحرارة: إذا كان درجة الحرارة 125 درجة مئوية تسبب فشل بنسبة 2٪، ولكن درجة الحرارة 120 درجة مئوية تسبب 0.5٪، يمكنك ضبطها إلى 120 درجة مئوية للحصول على عائد أفضل.
ج. جودة المكونات: إذا فشلت مجموعة من المقاومات باستمرار، يمكنك تغيير الموردين قبل أن يدمروا المزيد من PCBs.
تستخدم شركة LT CIRCUIT هذه البيانات لتحسين عملياتها: على سبيل المثال ، بعد أن وجدت أن 135 درجة مئوية تسبب التشطيب في FR4 القياسي ، انتقلت إلى FR4 عالية Tg للطلبات الصناعية

كيفية تحديد درجة حرارة الحرق المناسبة لـ PCB الخاص بك
اختيار درجة الحرارة المثالية ليس مجرد تخمين، إنها عملية خطوة بخطوة تأخذ في الاعتبار مواد و تطبيقات ومعايير PCB. إليك كيفية القيام بذلك.

الخطوة الأولى: ابدأ بـ Tg مواد PCBs الخاصة بك
كمية Tg من المادة هي الحد الأول استخدم هذه الصيغة لتحديد الحد الأقصى للسلامة
درجة حرارة الحرق القصوى = 80٪ من Tg المواد

مثال: لا ينبغي أن يتجاوز PCB المصنوع مع 150 درجة مئوية Tg FR4 120 درجة مئوية أثناء الحرق. النطاق الآمن هو 100 درجة مئوية 120 درجة مئوية.

الخطوة 2: التوافق مع معايير الصناعة
ستضيق معيار طلبك النطاق أكثر. على سبيل المثال:
أ.الكترونيات الاستهلاكية (IPC-9701): حتى لو كانت المادة الخاصة بك قادرة على التعامل مع درجة حرارة 120 درجة مئوية، التمسك بـ 90 درجة مئوية 125 درجة مئوية لتجنب الإفراط في الاختبار.
b. العسكرية (MIL-STD-202G): ستحتاج إلى 125 درجة مئوية 150 درجة مئوية لذلك يجب عليك استخدام FR4 عالي Tg أو بوليميد.

الخطوة 3: اختبار وتحسين مع البيانات
لا توجد عملية مثالية اختبر دفعة صغيرة أولاً، ثم عدلها:
أ. اجري اختبارًا تجريبيًا: اختبر 50-100 PCB في منتصف نطاقك (على سبيل المثال ، 110 درجة مئوية لـ 90 درجة مئوية 125 درجة مئوية).
b.فشل المسار: كم عدد PCBs يفشل؟ ما هو السبب (الحام، المكون، المادة) ؟
c.ضبط درجة الحرارة: إذا لم يكن هناك فشل ، فرفعها بمقدار 10 درجة مئوية (لالتقاط المزيد من العيوب).إذا فشل الكثير ، فخفضها بمقدار 10 درجة مئوية.
تأكيد مع التصوير الحراري: تأكد من عدم وجود نقاط ساخنة (على سبيل المثال ، جهاز تنظيم الجهد يصل إلى 160 درجة مئوية بينما تبلغ بقية اللوحة 120 درجة مئوية) ، وهذا يعني سوء الإدارة الحرارية ، وليس المكونات الضعيفة.

الخطوة الرابعة: التوازن بين السلامة والتكلفة
اختبار الحرق يكلف الوقت والمال لا تبالغ في ذلك:
أ.الكترونيات الاستهلاكية: 90 درجة مئوية لمدة 8 ساعات كافية لأجهزة منخفضة المخاطر (مثل أجهزة التحكم عن بعد).
b.الموثوقية العالية: 150 درجة مئوية لمدة 72 ساعة تستحق ذلك لـ PCBs في مجال الفضاء الجوي (يمكن أن يكلف فشل واحد أكثر من مليون دولار).

إعداد اختبار الحرق: نصائح للدقة والسلامة
حتى درجة الحرارة الصحيحة لن تساعد إذا كانت إعدادات الاختبار خاطئة. اتبع هذه النصائح لضمان نتائج موثوقة.

1التحكم بالحرارة: تجنب النقاط الساخنة
النقاط الساخنة (المناطق 10 درجة مئوية أكثر سخونة من بقية اللوحة) تشوه النتائج، وهنا كيفية منعها:
a.استخدام غرفة حلقة مغلقة: هذه الغرف تحافظ على درجة الحرارة ضمن ±2°C أفضل بكثير من الأفران المفتوحة (±5°C).
ب.إضافة الممرات الحرارية: بالنسبة لـ PCBs مع المكونات الساخنة (مثل منظمات الجهد) ، فإن الممرات الحرارية تنشر الحرارة إلى الطبقات الأخرى.
c.وضع المكونات بحكمة: ابقي الأجزاء المولدة للحرارة (مثل المصابيح المضيئة ، المعالجات الدقيقة) بعيدة عن المكونات الحساسة (مثل أجهزة الاستشعار).
d.استخدام أجهزة غسيل الحرارة: بالنسبة لأجهزة PCB ذات الطاقة العالية ، قم بربط أجهزة غسيل الحرارة بالمكونات الساخنة للحفاظ على درجات حرارة التقاطع تحت السيطرة.

نصيحة الأداة: استخدم كاميرا تصوير حرارية أثناء الاختبار لتحديد النقاط الساخنة ✓ تعمل الدائرة LT هذا لكل دفعة لضمان التكافؤ.

2جمع البيانات: تتبع كل شيء
لا يمكنك تحسين ما لا يمكنك قياسه. جمع هذه المقاييس الرئيسية:
a.درجة الحرارة: تسجيل كل 5 دقائق لضمان الاتساق.
ب.الجهد/التيار: مراقبة مدخل الطاقة لاكتشاف الانحرافات غير الطبيعية (علامة على فشل المكون).
معدل الفشل: تتبع عدد PCBs يفشل ، متى (على سبيل المثال ، 12 ساعة في الاختبار) ، ولماذا (على سبيل المثال ، قصور المكثف).
بيانات المكونات: سجل المكونات التي تفشل في أغلب الأحيان، وهذا يساعدك على تغيير الموردين إذا لزم الأمر.

استخدم برامج مثل Minitab أو Excel لتحليل البيانات: على سبيل المثال، يمكن أن يظهر مخطط Weibull كيف تتغير معدلات الفشل مع درجة الحرارة، مما يساعدك على تعيين النطاق الأمثل.

3السلامة: تجنب الإجهاد المفرط
الإفراط في الإجهاد (اختبار ما وراء حدود PCB) يضر بالألواح الجيدة، وهنا كيفية تجنب ذلك:
a. لا تتجاوز Tg: يجب أن لا يصل FR4 القياسي (130 °C Tg) إلى 140 °C. هذا يسبب تشويه دائم.
درجة حرارة المنحدر ببطء: زيادة 10 درجة مئوية في الساعة لتجنب الصدمة الحرارية (التغيرات السريعة في درجة الحرارة تشق مفاصل اللحام).
c. اتبع مواصفات المكونات: يجب عدم اختبار مكثف معدل 125 درجة مئوية عند 150 درجة مئوية حتى لو كانت مادة PCB قادرة على التعامل معها.

التحديات الشائعة في الاكتئاب وكيفية معالجتها
اختبار الحرق يحتوي على عوائق ولكنه من السهل تجنبها مع التخطيط الصحيح.
1الإجهاد المفرط: يضر بالبي سي بي الجيد
المشكلة: يسبب الاختبار عند 160 درجة مئوية (أعلى من FR4 ′′s عالية Tg 150 درجة مئوية Tg) تحطيم أو تشويه.
إصلاح:
a.تحقق دائماً من Tg المادة قبل ضبط درجة الحرارة.
b.استخدم قاعدة 80٪ Tg (max temp = 0.8 × Tg).
درجة حرارة المنحدر ببطء (10 درجة مئوية في الساعة) لتجنب الصدمة الحرارية.

2اختبار قليل: مفقود المكونات الضعيفة
المشكلة: يترك الاختبار عند 80 درجة مئوية (أقل من الحد الأدنى من 90 درجة مئوية) مكثفات ضعيفة أو مفاصل لحام مخفية.
إصلاح:
a. تبدأ في 90 درجة مئوية للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية؛ 125 درجة مئوية لثقة عالية.
تمديد مدة الاختبار إذا لم تتمكن من رفع درجة الحرارة (على سبيل المثال، 48 ساعة عند 90 درجة مئوية بدلاً من 24 ساعة).

3سوء إدارة الحرارة: نتائج مشوهة
المشكلة: جهاز تنظيم الجهد يصل إلى 150 درجة مئوية بينما تبلغ بقية اللوحة 120 درجة مئوية لا يمكنك معرفة ما إذا كان الفشل من المكونات الضعيفة أو النقاط الساخنة.
إصلاح:
a.استخدام الممرات الحرارية ومغسلات الحرارة لنشر الحرارة.
اختبار الكاميرا الحرارية لتحديد النقاط الساخنة.
c. نقل المكونات الساخنة في التصاميم المستقبلية لتحسين توزيع الحرارة.

4زيادة التكاليف: اختبار طويل جداً
المشكلة: إجراء اختبارات لمدة 72 ساعة للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية (غير الضرورية) يزيد من التكاليف.
إصلاح:
اتبع معايير الصناعة: 8-24 ساعة للمستهلك، 48-72 ساعة للصناعة.
b.استخدم ‬الحرق المتسارع‬ (درجة حرارة أعلى لفترة أقصر) إذا لزم الأمر (على سبيل المثال، 125 درجة مئوية لمدة 16 ساعة بدلاً من 90 درجة مئوية لمدة 48 ساعة).

الأسئلة الشائعة: أجوبة على أسئلتك حول درجة حرارة الحرق
1هل يمكنني استخدام نفس درجة الحرارة لجميع PCBs بلدي؟
لا تعتمد درجة الحرارة على المادة (Tg) والتطبيق. يحتاج PCB الهاتف الذكي (FR4 القياسي) إلى 90 درجة مئوية؛ يحتاج PCB العسكري (polyimide) إلى 125 درجة مئوية 150 درجة مئوية.

2كم يجب أن يستغرق اختبار الحرق؟
أ.الالكترونيات الاستهلاكية: 8×24 ساعة.
b.صناعية: 24 48 ساعة.
ج. الجيش/الفضاء الجوي: 48-120 ساعة.
أطول ليس دائما أفضل اختبار حتى مستويات الفشل (لا وجود عيوب جديدة).

3ماذا لو كان للوح الالكتروني الخاص بي مكونات ذات درجات حرارة مختلفة؟
استخدم أدنى تصنيف للمكونات كحد. على سبيل المثال، إذا كانت مادة PCB الخاصة بك قادرة على التعامل مع 125 درجة مئوية ولكن مكثف محدد لـ 105 درجة مئوية، اختبر عند 90 درجة مئوية 100 درجة مئوية.

4هل أحتاج إلى اختبار حرق لـ PCB منخفض التكلفة (على سبيل المثال ، الألعاب) ؟
يعتمد ذلك على المخاطر. إذا كان الفشل قد يسبب ضررًا (على سبيل المثال، لعبة مع بطارية) ، نعم. بالنسبة لـ PCBs غير الحرجة ، قد تتخطاها ولكن توقع معدلات عودة أعلى.

5كيف يضمن (LT CIRCUIT) اختبار الحرق الدقيق؟
تستخدم LT CIRCUIT غرف حلقة مغلقة (تحكم ± 2 درجة مئوية) ، والتصوير الحراري، والالتزام الصارم بمعايير IPC / MIL-STD. يتم اختبار كل دفعة مع تشغيل تجريبي للتحقق من درجة الحرارة والوقت.

الاستنتاج: درجة الحرارة المحترقة هي سلاحك السري
اختيار درجة حرارة الحرق المناسبة 90 درجة مئوية 150 درجة مئوية، متوافقة مع Tg المواد الخاصة بك ومعايير الصناعة ليس مجرد خطوة في الإنتاج. إنه وعد لعملائك:اليوم وغداً.

من خلال اتباع الخطوات الواردة في هذا الدليل ‬بدءاً من المادة Tg، والتنسيق مع المعايير، والاختبار مع البيانات، وتجنب الإفراط في التوتر ‬ستقضي على الفشل المبكر، وتخفيض تكاليف الضمان،و بناء سمعة للصداقةسواء كنت تصنع ساعة ذكية أو قرص للكاميرا الصناعية، فإن درجة حرارة الحرق المناسبة تحول "جيدة بما فيه الكفاية" إلى "مبنية لتدوم".

تذكر: اختبار الحرق ليس نفقة بل استثمار. الوقت الذي تقضيه في ضبط درجة الحرارة المثالية اليوم سيوفر لك من الاستدعاءات المكلفة والعملاء غير السعداء غدا.مع خبرة LT CIRCUIT في المواد عالية Tg واختبار مطابقة للمعايير، يمكنك أن تثق في PCBs الخاص بك لتمرير اختبار حرق في واختبار الوقت.