خطوات مراقبة الجودة للوحات الدوائر المطبوعة النحاسية الثقيلة: ضمان الموثوقية في تطبيقات التيار العالي

و هي العمود الفقري للإلكترونيات ذات الطاقة العالية، من عوائل المركبات الكهربائية إلى أجهزة تحكم المحركات الصناعية.على عكس PCBs القياسية (≤1 أونصة من النحاس)، يجب أن تتحمل هذه التصاميم التيارات الشديدة ودرجات الحرارة والإجهاد الميكانيكي ، مما يجعل مراقبة الجودة الصارمة غير قابلة للتفاوض.عيب واحد مثل سمك النحاس غير المتساوي أو طبقة مقطوعة يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارةهذا الدليل يحدد الخطوات الأساسية لمراقبة جودة PCBs النحاس الثقيل ، من فحص المواد الخام إلى اختبار الموثوقية النهائي ،ضمان تلبية متطلبات تطبيقات الطاقة العالية.

المعلومات الرئيسية
1تتطلب أقراص PCB النحاس الثقيلة مراقبة نوعية أكثر صرامة بـ 3 × 5 مرات من أقراص PCB القياسية ، مع احتمالات ضيقة تصل إلى ± 5 ٪ لسمك النحاس.
2تشمل العيوب الحرجة في PCBs النحاسي الثقيل حفرة غير متساوية (تسبب نقاط ساخنة الحالية) ، والتحلل (خفض التوصيل الحراري) ، والفراغات في مفاصل اللحام (إضعاف القوة الميكانيكية).
3تتجاوز خطوات مراقبة الجودة عملية التصنيع بأكملها: اختبار المواد الخام، التفتيش أثناء العملية (الحفر، التصفيف) ، والتحقق من المصداقية النهائية (الدورة الحرارية، القدرة على تحمل التيار).
4يكتشف الاختبار الآلي (AOI ، الأشعة السينية) 99٪ من العيوب في PCBs النحاس الثقيل ، مقارنة بـ 85٪ مع الفحص اليدوي ، مما يقلل من معدلات فشل الميدان بنسبة 60٪.

ما الذي يجعل الـ (بي سي بي) الثقيلة النحاسية فريدة من نوعها؟
تم تصميم أقراص PCB النحاس الثقيلة لتحمل تيارات 50A أو أكثر ، مما يتطلب آثار نحاس أكثر سمكاً (2 ′′ 20 أونصة) للحد من المقاومة وتراكم الحرارة.هذا السماكة تخلق تحديات تصنيع فريدة من نوعها:

تعقيد الحفر: يتطلب النحاس السميك أوقات حفر أطول ، مما يزيد من خطر عرض الأثر غير المتساوي.
ب.إجهاد التصفيف: تضع طبقات النحاس السميكة قوة أكبر على الركائز ، مما يزيد من خطر التصفيف.
c.الإدارة الحرارية: التوصيل الحراري العالي للنحاس (401 W/m·K) يعتمد على سمك متساوٍ حتى الاختلاف بنسبة 10٪ يمكن أن يخلق نقاط ساخنة.

هذه التحديات تجعل خطوات مراقبة الجودة المستهدفة حاسمة لضمان الأداء والسلامة.

خطوات مراقبة الجودة لـ PCBs النحاسي الثقيل
مراقبة الجودة لـ PCBs النحاسي الثقيل هي عملية متعددة المراحل ، مع عمليات فحص في كل خطوة تصنيع حاسمة للكشف عن العيوب في وقت مبكر.
1فحص المواد الخام
أساس PCB النحاس الثقيل الموثوق به هي المواد الخام عالية الجودة.

a.شهادة ورق النحاس:
التحقق من نقاء النحاس (≥ 99.9٪) وتوحيد السماكة (± 5٪ التسامح). ينخفض نقاء النحاس (≤ 99.5٪) لزيادة المقاومة ، مما يؤدي إلى الإفراط في الحرارة.
فحص العيوب السطحية (الخدوش، الأكسدة) باستخدام المجهر البصري حتى العيوب البسيطة يمكن أن تضعف سلامة الأثر.
ب. اختبار الغطاء:
تتطلب PCBs النحاس الثقيل أسطوانات عالية Tg (Tg ≥170 °C) لتحمل الإجهاد الحراري. اختبار سمك الأساس (± 10μm) والقوة الكهربائية (≥ 20kV / mm) لكل IPC-4101.
في حالة التصميمات ذات الطاقة العالية ، تحقق من الموصلات الحرارية (على سبيل المثال ، 0.5 W/m·K لـ FR4 عالية Tg ، 1.0 W/m·K للاستعمالات الأساسية للمعادن).
c. التحقق من صحة الملصق:
يجب أن يتحمل الملصقات المستخدمة لربط النحاس بالرواسب درجات حرارة تزيد عن 180 درجة مئوية. اختبر قوة القشرة (≥ 1.5 ن / ملم) لضمان بقاء الطبقات ملتصقة تحت الدورة الحرارية.

2فحص ما قبل الحفر
قبل الحفر ، يخضع الركيزة المطلية بالنحاس لفحص لضمان توزيع النحاس المتساوي:

خرائط سمك النحاس:
استخدم XRF لقياس سمك النحاس عبر اللوحة بأكملها ، وضمان عدم انحراف أي منطقة بأكثر من ± 5٪ عن الهدف (على سبيل المثال ، 70μm ± 3.5μm لنحاس 2 أونصة).
التركيز على المناطق الحافة، حيث الاختلافات في السماكة هي الأكثر شيوعا بسبب التدحرج غير المتكافئ أثناء إنتاج ورق النحاس.
ب- التحقق من إعداد السطح:
تحقق من أن سطح النحاس تم تنظيفه بشكل صحيح وتحديده (إزالة 1 ¢ 2μm من الأكسيد) لضمان الالتصاق أثناء المعالجة اللاحقة.
استخدم اختبارات كسر المياه للتأكد من النظافة: يشير فيلم الماء المستمر إلى عدم وجود زيت أو ملوثات.

3التحكم في عملية الحفر
يُشكّل الحفر النحاس الثقيل إلى آثار وظيفية، لكن النحاس السمين يزيد من خطر إزالة غير متساوية. تتضمن خطوات مراقبة الجودة هنا:

رصد معدل الحفر:
تتبع معدلات الحفر (μm / min) باستخدام كوبونات الاختبار ، وتعديل تركيز الحفر (على سبيل المثال ، 10 ٪ 15٪ من كلوريد الحديد) للحفاظ على الاتساق. يمكن أن يترك انخفاض بنسبة 10٪ في معدل الحفر 5 μm من النحاس الزائد ،تضييق المسافة بين الأثرات ومخاطرة الدوائر القصيرة.
ب.عرض المسار ووحدة:
استخدام التفتيش البصري الآلي (AOI) بدقة 5μm لقياس عرض الأثر ، وضمان بقائها ضمن حدود ± 10% من المواصفات التصميمية (على سبيل المثال ، 500μm ± 50μm لتحديد 50A).
تحقق من عدم وجود خروق مفرط تحت المقاومة مما يضعف قوة الأثر. لا يمكن قبول خفض > 20٪ من عرض الأثر لتطبيقات عالية الطاقة.
c.Burr و Jag الكشف:
فحص حواف الأثر بحثًا عن البثور (البرزات الحادة) باستخدام المجهر. يمكن أن تخترق البثور > 25μm أقنعة اللحام ، مما يتسبب في حلقات قصيرة.

4ضمان جودة المصفوفات
يربط التصفيف طبقات من النحاس الثقيل والأساس ، ولكن النحاس السميك يخلق إجهادًا يمكن أن يسبب التصفيف. تتضمن خطوات الجودة:

a. اختبار قوة الروابط:
إجراء اختبارات القشرة على ألواح العينات، والتي تتطلب قوة لا تقل عن 1.8 ن/ملم لفصل النحاس من الركيزة (20٪ أعلى من PCBs القياسية).
استخدام الاختبار بالموجات فوق الصوتية للكشف عن التشطيبات الخفية (الفراغات > 0.1mm2) التي تقلل من الموصلات الحرارية بنسبة 30٪ أو أكثر.
دقة التسجيل:
ضمان محاذاة الطبقات في حدود ± 25μm باستخدام المقارنات البصرية. يمكن أن يؤدي عدم المواءمة > 50μm في أقراص PCB النحاس الثقيلة إلى حشد التيار في التقاطعات عبر.
c.تحقق من تدفق الراتنج:
تحقق من عدم وجود الراتنج (عدم كفاية الراتنج بين طبقات النحاس) باستخدام المجهر الشامل. إن عدم وجود الراتنج > 5٪ من مساحة الطبقة يضعف القوة الميكانيكية.

5مراقبة الجودة عبر الثقوب
يجب أن تقود القنوات (الثقوب المغطاة) في أقراص PCB النحاس الثقيلة تيارات عالية مع الحفاظ على سلامة الهيكل:

a.سمك الطلاء:
تتطلب القنوات الحد الأدنى لسمك طبقة النحاس من 25μm (3x PCBs القياسية) للتعامل مع التيار العالي. استخدم الأشعة السينية للتحقق من التوحيد ٪ النقاط الرقيقة < 15μm تزيد من المقاومة ، مما يسبب النقاط الساخنة.
ب. اكتشاف الفراغ:
استخدم فحص الأشعة السينية لتحديد الفراغات في القناة المرورية. تخفض الفراغات > 10٪ من مساحة القناة المرورية القدرة على تحمل التيار بنسبة 15٪ ويتم رفضها.
ج. نسبة الامتثال:
تأكد من خلال نسب الجوانب (العمق:قطر) ≤5: 1 للتصنيع الموثوق به. يحتوي PCB سميك 3 ملم مع 0.5 ملم من القنوات (6: 1 نسبة) على خطر أعلى بنسبة 40٪ من فراغات التصنيع.

6. قناع اللحام وفحص نهاية السطح
تحمي أقنعة اللحام آثار النحاس الثقيلة من التآكل والدوائر القصيرة ، ولكن النحاس السميك يمكن أن يشوه تطبيق القناع:

a.سمك القناع والتماسك:
قياس سمك قناع اللحام (2550μm) باستخدام ميكرومتر ، لضمان تغطية موحدة. البقع الرقيقة < 15μm تترك النحاس عرضة للتأكسيد.
إجراء اختبارات الشريط للتحقق من الالتصاق √ رفع القناع > 1 ملم2 يشير إلى سوء الالتصاق ، وهو أمر شائع في المناطق ذات الخامة النحاسية المفرطة.
b.مطابقة الطلاء السطحي:
بالنسبة لـ PCBs النحاسي الثقيل ، فإن القصدير الغمر أو ENIG (الذهب الغمر النيكل الخالي من الكهرباء) هي الأطعمة المفضلة. تحقق من سمك الطلاء (على سبيل المثال ،1 ‰ 2μm للقصدير الغمر) والقدرة على اللحام عن طريق اختبارات الغطس (IPC-TM-650 2.4.12).

7الاختبار الكهربائي النهائي
حتى مع عمليات التحقق، الاختبار النهائي يؤكد الأداء في ظل ظروف العالم الحقيقي:

a. اختبار الاستمرارية و اختبار "هي بوت":
استخدم اختبارات المسبار الطائر للتحقق من الاستمرارية، وضمان عدم وجود فتحات في آثار النحاس الثقيلة.
إجراء اختبار hi-pot (500V AC لمدة دقيقة واحدة) للتحقق من العزل بين آثار ، وهو أمر حاسم لمنع القوس في أنظمة الجهد العالي (على سبيل المثال ، و 480V أجهزة التحكم الصناعية).
(ب) القدرة الحاملة الحالية:
اختبار عينات PCB مع التيار الاسمي (على سبيل المثال ، 100A لمدة ساعة واحدة) أثناء مراقبة ارتفاع درجة الحرارة. يعد أقصى ΔT من 50 درجة مئوية (مقابل البيئة المحيطة) مقبولًا ؛ ارتفاع أعلى يشير إلى النقاط الساخنة المقاومة.
(ج) الدوران الحراري:
تعريض PCBs لـ -40 °C إلى 125 °C لمدة 1000 دورة ، ثم فحصها للحصول على التشطيب أو آثار الشقوق. يجب أن تحتفظ PCBs النحاس الثقيل > 95٪ من الموصلة الأولية بعد الاختبار.
الاهتزاز والإجهاد الميكانيكي:
بالنسبة لـ (PCB) السيارات أو الصناعية ، قم بإجراء اختبار الاهتزاز (20G لمدة 10 ساعات) حسب MIL-STD-883H. تشير التغيرات في المقاومة بعد الاختبار > 10٪ إلى عدم كفاية الأثر أو القوة.

العيوب الشائعة في PCBs النحاسي الثقيل وأسبابها الجذرية

التفتيش الآلي مقابل التفتيش اليدوي لPCBs النحاس الثقيل
الاختبار اليدوي يكافح مع الدقة المطلوبة لـ PCBs النحاسي الثقيل ، مما يجعل الأتمتة حاسمة:

أفضل الممارسات لمراقبة الجودة الفعالة في إنتاج PCB النحاسي الثقيل
1تنفيذ التحكم الإحصائي في العملية (SPC): تتبع المقاييس الرئيسية (معدل الحفر، سمك النحاس) في الوقت الحقيقي، مما يؤدي إلى تنبيهات عندما يتجاوز الانحرافات 5٪ من الأهداف.
2تحليل القسم العرضي: تقطيع العينات من الـ PCB بشكل دوري للتحقق من الطبقات الداخلية ، من خلال الجودة ، والربط ‬الحرج لالتقاط العيوب الخفية.
3التعاون مع الموردين: تتطلب شهادات المواد الخام (نقاء النحاس ، Tg الركيزة) ومراجعة عمليات مراقبة الجودة للموردين لضمان الاتساق.
4تدريب المفتشين على ظلال النحاس الثقيل: تسليط الضوء على الاختلافات من PCBs القياسية (على سبيل المثال ، تحديات الحفر ، ضغط التصفيف) لتحسين التعرف على العيوب.

الأسئلة الشائعة
س: ما هو الحد الأدنى لسمك النحاس الذي يعتبر النحاس الثقيل؟
ج: 2 أوقية (70 ميكرومتر) هو معيار الصناعة ، على الرغم من أن بعض تصاميم الطاقة العالية تستخدم 4 أوقية (140 ميكرومتر) أو أكثر.

السؤال: لماذا يكون التشطيب أكثر شيوعًا في PCBs النحاس الثقيل؟
ج: النحاس السميك له معامل توسع حراري أعلى من مواد الركيزة، مما يخلق ضغوطا خلال دورات درجة الحرارة التي يمكن أن تفصل الطبقات.

س: هل يمكن لـ PCBs النحاس الثقيل استخدام الركائز القياسية FR4؟
ج: فقط لتصاميم النحاس الثقيل ذات الطاقة المنخفضة (2 ′′ 4 أوقية). تتطلب أقراص PCB ذات الطاقة العالية (8 أوقية +) FR4 عالي Tg (Tg ≥170 °C) أو رُكائز ذات نواة معدنية لمقاومة التشطيب.

س: كم مرة يجب إجراء اختبارات التحقق من صحة العملية (مثل الدورة الحرارية) ؟
ج: بالنسبة للإنتاج الكبير، اختبر 1% من كل دفعة. بالنسبة للتطبيقات الحرجة (السيارات الكهربائية، الطبية) ، اختبر 5% لضمان الاتساق.

س: ما هو تأثير تكلفة مراقبة الجودة الصارمة لـ PCBs النحاسي الثقيل؟
ج: يضيف QC 10 ٪ إلى تكاليف التصنيع ولكن يقلل من تكاليف فشل الميدان بنسبة 60 ٪ ، مما يجعلها وفورات صافية لتطبيقات عالية الموثوقية.

الاستنتاج
الـ PCB النحاسي الثقيل يتطلب مستوى من مراقبة الجودة يتجاوز بكثير الـ PCB القياسيةمع كل خطوة ‬من فحص المواد الخام إلى الدورة الحرارية‬الحاسمة لضمان الموثوقية في تطبيقات عالية الطاقةمن خلال الاستفادة من الاختبارات الآلية (AOI ، الأشعة السينية) ، ومعايير المواد الصارمة ، ومراقبة العملية ، يمكن للمصنعين اكتشاف العيوب في وقت مبكر ،الحد من الفشل وضمان أن هذه الـ PCB تلبي المتطلبات القصوى للسياراتالنظم الصناعية، ومعدات الطاقة المتجددة.

في النهاية، تكلفة مراقبة الجودة الصارمة ضئيلة بالمقارنة مع مخاطر الفشل في الإلكترونيات عالية الطاقة.إعطاء الأولوية لهذه الخطوات ليست مجرد أفضل الممارسات، موثوقة، و PCBs النحاس الثقيلة عالية الأداء.