Čo je delamínácia na doske plošného spoja?

Čo je delamínácia na doske plošného spoja?
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  241 zobrazení
3
 0
Výrobné postupy a návody

Audio verzia článku generovaná pomocou TTS. Pre prehratie stlačte tlačidlo prehrávania.


Biele kruhové škvrny, malé prehĺbenia, alebo výdute, ktoré sa môžu objaviť na vašich doskách s plošnými spojmi, sú zvyčajne chybami, ktoré nazývame delaminácia. Delamínácia dosky s plošnými spojmi je fyzické oddelenie vrstiev PCB. Zvyčajne sa pozoruje v lamináte samotnej dosky plošných spojov počas vizuálnej kontroly, ale môže sa vyskytnúť aj vo vnútorných vrstvách. Ak sa delaminácia vyskytne vo vnútorných vrstvách, môže spôsobiť poruchy a príčinu tejto poruchy bude ťažké určiť bez dôkladného preskúmania vrstiev PCB. Tieto chyby sa môžu vyskytnúť počas výroby alebo používania dosiek plošných spojov. Môžu narušiť normálnu prevádzku a môžu zničiť vaše PCB. Tieto anomálie sa dajú v procese výroby ľahko kontrolovať, keď sa identifikujú, a popredný výrobcovia dosiek plošných spojov, ako napríklad PCBWay, môžu dokonca navrhnúť vaše dosky tak, aby obmedzili chyby delaminácie.

Rez štruktúrov delaminovanej čast dosky plošného spoja.

Je dôležité uistiť sa, že sa používa správna trieda materiálu s vhodnou špecifikáciou pre zamýšľaný proces montáže.  Napríklad ak je zostava "bezolovnatá", potom bude vo všeobecnosti potrebná vyššia teplota spájkovania a teda materiál s vyššou Tg (Glass Transition Temperature). Materiál FR4 je "hygroskopický" a absorbuje vlhkosť z atmosféry, preto by sa po výrobe PCB mali vákuovo utesniť.  Ak existujú obavy zo spôsobu utesnenia PCB, potom by sa mali PCB pred montážou predpekať, aby sa odstránila vlhkosť podľa pokynov uvedených v IPC 1601. Ak sa na výrobu PCB s relatívne vysokou požiadavkou na tepelnú odolnosť použije medená plátovaná doska s relatívne nízkym Tg, a ak je tepelná odolnosť substrátu nízka, je viac než pravdepodobne, že sa určte vyskytne problém s delamináciou. Ak je substrát nedostatočne vytvrdený, Tg substrátu je tiež znížená a počas výrobného procesu sa pravdepodobne vyskytne problém výbuchu vnútornej štruktúry alebo farba substrátu stmavne a zožltne. To je častý prípad výrobkov na báze FR-4, preto je potrebné zvážiť, či nie je vhodnejšie použiť medenú fóliu s vyšším Tg. Na začiatku výrobydosky FR-4 bola jedinou Tg epoxidová živica s teplotou 135 °C. Ak výrobný proces nie je vhodný, napríklad nesprávny výber vytvrdzovacieho činidla, nedostatočné množstvo vytvrdzovacieho činidla, nízka teplota udržiavania procesu laminovania výrobku alebo nedostatočný čas udržiavania, Tg substrátu je zvyčajne len okolo 130 °C. Aby sa vyhovelo potrebám zákazníkov, Tg epoxidových živíc na všeobecné použitie môže v súčasnosti dosiahnuť 140 °C. Keď zákazníci hlásia problém s lámaním PCB v procese výroby alebo keď substrát tmavne a žltne, možno zvážiť vyššiu úroveň Tg epoxidovej živice.

Delamínácia PCB ovplyvňuje je nežiadúca dvoma spôsobmi:

  1. Vizuálne - pretože vytvára nežiaduce vizuálne mapy na doske plošného spoja;
  2. Technicky - pretože spôsobuje zásahy do vnútorných vrstiev dosky plošného spoja, ktoré môžu spôsobiť poruchy obvodov.

Čo spôsobuje delamináciu PCB?

K delaminácii dosky plošného spoja dochádza preto, lebo vlhkosť zachytená vo vnútorných vrstvách substrátu sa nedokáže odpariť cez iné oblasti plošného spoja. Rovnako je dobré mať na pamäti, že tepelná odolnosť substrátu FR-4 je pomerne nízka alebo sa vyskytli určité anomálie vo výrobných procesoch. Napríklad prevádzková teplota je príliš vysoká alebo čas ohrevu je príliš dlhý atď. Keď je substrát nedostatočne vytvrdený, zníži sa aj tepelná odolnosť a pri spracovaní alebo tepelnom šoku medenej plátovanej dosky plošných spojov pravdepodobne dôjde k jej porušeniu. Dôvodom môže byť nízka teplota udržiavania počas procesu laminovania, nedostatočný čas udržiavania a nedostatočné množstvo vytvrdzovacieho činidla.

Vlhkosť zachytená počas procesu výroby PCB

Výroba dosky plošného spoja zahŕňa sériu "mokrých" procesov, najmä v prípade viacvrstvových PCB. To znamená, že na výrobu PCB sa používajú rôzne druhy kvapalín a/alebo chemikálií. Počas týchto procesov má materiál PCB tendenciu absorbovať vlhkosť, ktorá sa zhromažďuje v rôznych vrstvách dosky.

"Popcornový efekt" počas procesu montáže PCB

Na spájkovanie súčiastok na doskách plošných spojov sa počas procesu montáže a osádzania elektronických komponentov používa teplo (napr. sušenie (alebo pečenie) PCB, ručné spájkovanie, spájkovanie pretavovaním a spájkovanie vlnou) a pri zahrievaní sa nahromadená vlhkosť vo vrstvách PCB rozptyľuje vo forme vodnej pary. Táto vodná para zvyšuje tlak a zaťažuje jednotlivé vrstvy dosky plošného spoja. Tento tlak nahromadenej vodnej pary spôsobí, že  nakoniec exponované miesto na doske doslova "praskne", nakoľko vodná para nemôže uniknúť cez okraje dosky alebo cez prechody na dosky plošného spoja.

Zvlnená štruktúra v červenom ohraničení jasne poukazuje na delamináciu dosky plošného spoja, v tomto prípde "popcornový efekt".

Aké dôsledky má delaminácia na PCB a dá sa opraviť?

V prvom rade vizuálne, ale tie nemusia byť až takým vážnym problémom, podľa toho kde sa defekt nachádza. Hlavným problém je možné trvalé poškodenie dosky plošného spoja - čo je vážny problém najmä pri viac vrstvových doskách, nakoľko môže dôjsť k oddeleniu jednotlivých vrstiev a prerušeniu vodivých spojení, čím sa stane doska nefunkčnou. Ďalším problémom je aj zníženie dielektrickej pevnosti a pokračujúca absorpcia vlhkosti do hlbších štruktúr dosky plošného spoja. Takýto defekt je vo väčšine prípadov neopraviteľný a takáto doska musí byť vyradená. Avšak menej zasiahnuté dosky plošných spojov je možné opraviť a to pomerne jednoducho. Za pomoci mikrovŕtačky a vhodného nástroja prevŕtame vrchnú vrstvu laminátu až do jadra, kde je ložisko delaminácie. Pokiaľ je to možné, vyvŕtajte ešte jeden otvor, ktorý bude na najvzdialenejšom mieste defektu, tento otvor poslúži ako kontrola plnenia epoxidom.  Dávajte pozor, aby ste nevŕtali príliš hlboko a nepoškodili vnútorné medzivrstvové spoje. Miesto očistíme a zbavíme prachu. Následne pomocou injekčnej striekačky aplikujeme epoxidovú živicu a miesto aplikácie zaťažte vhodnou svorkou a nechajte vytvrdnúť. Prebytočný epoxid zoškrabte nožom alebo škrabkou.V prípade potreby naneste ďalšiu tenkú vrstvu epoxidu na utesnenie oškrabaných miest. Po takejto oprave nezabudnite vykonať dôkladnú kontrolu vodivosti jednotlivých spojov. Ak bude dosky vykazovať vysoký odpor, budete ju musieť bohužiaľ vyradiť.

Ako sa dá zabrániť delaminácii PCB?

V PCBWay na zabránenie vzniku delaminácie PCB uplatňujú tieto postupy:

  • Temperovanie dosky plošného spoja, ktoré je potrebné vykonať ešte pred montážou elektronických komponentov. Dvojvrstvové dosky sa zvyčajne nesušia, pokiaľ nemajú medené roviny (rozliata meď), alebo nemajú mriežkový vzor. Viacvrstvové a tuhé ohybné PCB sa sušia vždy. Pevné ohybné PCB sú obzvlášť náchylné na delamináciu kvôli hygroskopickému lepidlu, ktoré sa používa na spojenie pevných a ohybných častí. Čas, počas ktorého sa PCB temperujú, závisí od ich technických vlastností.
  • Ak sa PCB budú dlhodobo skladovať, je potrebné ich uzavrieť do suchého vode odolného obalu a napustiť obal dusíkom. Prípadne sa môže doplniť o vrecko silika gélu, aby sa zabránilo hromadeniu vlhkosti.

 

Objednať si PCB u spoločnosti PCBWay

Informácia : Pokiaľ sa vám článok páčil, informácie v ňom boli pre vás užitočné a máte záujem o viac takýchto článkov, podporte drobnou sumou jeho autora. Ďakujeme
Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 250.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button