Nhiệt độ kiểm tra Burn-In tối ưu cho độ tin cậy của PCB: Hướng dẫn toàn diện

Hình ảnh nhân bản của khách hàng

Thử nghiệm cháy là anh hùng không được biết đến của độ tin cậy PCB, loại bỏ các khiếm khuyết tiềm ẩn trước khi sản phẩm đến với khách hàng.các nhà sản xuất có thể xác định các thành phần yếuNhưng thành công phụ thuộc vào một biến số quan trọng: nhiệt độ.và những khiếm khuyết vẫn còn ẩnĐây là cách để xác định nhiệt độ đốt tối ưu cho PCB của bạn, cho dù nó được định hướng cho điện thoại thông minh, robot công nghiệp hoặc thiết bị y tế.

Những điều quan trọng
a. Nhiệt độ đốt cháy nên vượt quá nhiệt độ hoạt động tối đa của PCB bằng 20-30 °C để tăng tốc độ phát hiện khiếm khuyết mà không làm hỏng các thành phần.
b. Các giới hạn vật liệu (ví dụ, nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh FR-4 ′, Tg) quyết định giới hạn trên: PCB điển hình tối đa ở 125 °C, trong khi các thiết kế nhiệt độ cao (PTFE, gốm sứ) dung nạp 150 ′ 200 °C.
c. Các tiêu chuẩn công nghiệp (AEC-Q100 cho ô tô, IPC-9701 cho sử dụng chung) hướng dẫn phạm vi nhiệt độ: 85 °C cho thiết bị điện tử tiêu dùng, 125 °C cho ô tô và 130 °C cho hàng không vũ trụ.
d. Thời gian thử nghiệm tương quan với nhiệt độ: nhiệt độ cao hơn (125 °C) đòi hỏi 24 ~ 48 giờ, trong khi phạm vi vừa phải (85 °C) cần 48 ~ 72 giờ để lộ khiếm khuyết.

Kiểm tra đốt cháy là gì và tại sao nó quan trọng
Thử nghiệm đốt cháy là một quy trình thử nghiệm căng thẳng tiếp xúc PCB với nhiệt độ cao, điện áp và đôi khi rung động để tăng tốc độ thất bại của các thành phần yếu.Mục tiêu của nó là xác định các vấn đề gây ra sự thất bại sớm (trong 10% đầu tiên của tuổi thọ của sản phẩm) nhưng không bị phát hiện bởi các kiểm tra chất lượng tiêu chuẩn..

Những khiếm khuyết này bao gồm:
a. Các khớp hàn lạnh: Các liên kết yếu bị nứt dưới áp lực nhiệt.
b. Phân hủy thành phần: Các tụ điện phân với các chất điện phân khô hoặc các chất bán dẫn với các vết nứt vi mô.
c. Sự không nhất quán của vật liệu: Sự phân lớp trong PCB đa lớp hoặc vết ăn mòn từ các dư lượng luồng.
Nếu không đốt cháy, những khiếm khuyết như vậy dẫn đến các yêu cầu bảo hành tốn kém và tổn hại danh tiếng.Một nghiên cứu của Hiệp hội Công nghiệp Điện tử (EIA) cho thấy việc đốt cháy làm giảm tỷ lệ thất bại trường bằng 60~80% trong các ứng dụng đáng tin cậy cao như thiết bị ô tô và y tế.

Khoa học về nhiệt độ trong thử nghiệm cháy
Nhiệt độ là biến số quan trọng nhất trong quá trình đốt cháy. Nhiệt độ cao hơn tăng tốc các phản ứng hóa học và căng thẳng vật lý, khiến các thành phần yếu bị hỏng nhanh hơn.có một sự cân bằng tinh tế:​
a.Quá thấp: Không đủ căng thẳng các thành phần, để lại các khiếm khuyết không được phát hiện.
b.Quá cao: Tấn thương các thành phần khỏe mạnh (ví dụ: hàn nóng chảy, chất nền làm tách lớp) hoặc làm biến dạng PCB, tạo ra các lỗi mới.
Nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào ba yếu tố:
1Các giới hạn vật liệu PCB: Nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh (Tg) của nền (ví dụ, FR-4 Tg = 130 ̊170 °C) quyết định nhiệt độ an toàn tối đa.
2Môi trường sử dụng cuối cùng: Việc đốt cháy nên vượt quá nhiệt độ hoạt động tối đa của PCB bằng 20-30 °C để mô phỏng lão hóa lâu dài.
3Các tiêu chuẩn ngành: Các hướng dẫn như AEC-Q100 (xa ô tô) và IPC-9701 (toàn bộ) xác định phạm vi nhiệt độ cho độ tin cậy.

Làm thế nào các vật liệu PCB ảnh hưởng đến giới hạn nhiệt độ
Các chất nền và các thành phần PCB có ngưỡng nhiệt nghiêm ngặt.

Quy tắc chính: Nhiệt độ đốt cháy nên ở dưới 10 ̊20 °C so với Tg vật liệu thấp nhất để tránh làm hỏng PCB khỏe mạnh. Đối với FR-4 tiêu chuẩn (Tg = 150 °C), điều này giới hạn đốt cháy ở 130 °C.

Phạm vi nhiệt độ tối ưu theo ứng dụng

Các trường hợp sử dụng PCB khác nhau rất nhiều, vì vậy nhiệt độ đốt phải phù hợp với môi trường hoạt động của chúng.

1Điện tử tiêu dùng (điện thoại thông minh, TV)
a. Phạm vi nhiệt độ hoạt động: 0 ∼ 70 °C (không gian).
b. Nhiệt độ đốt tối ưu: 85 ∼ 105 °C.
c. Lý do: vượt quá nhiệt độ sử dụng tối đa bằng 15-35 °C, căng các thành phần mà không làm hỏng FR-4 (Tg = 130 °C) hoặc tụ điện tiêu dùng (đánh giá 85 °C).
d. Thời gian: 24 48 giờ. Thời gian dài hơn (72 giờ) có nguy cơ làm khô tụ điện phân giá rẻ.
e. Tiêu chuẩn: JEDEC JESD22-A108 (các khuyến cáo 85 °C/85% RH trong 48 giờ).

2Điện tử công nghiệp (điều khiển động cơ, cảm biến)
a. Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -20 ∼ 105 °C (nằm trên sàn nhà máy, bên ngoài).
b. Nhiệt độ đốt tối ưu: 105 ∼ 125 °C.
c. Lý do: Kiểm tra khả năng phục hồi trong điều kiện nhà máy khắc nghiệt. Sử dụng FR-4 Tg cao (Tg = 170 ° C) để chịu được 125 ° C mà không bị phân mảnh.
d. Thời gian: 48-72 giờ. Các thành phần công nghiệp (ví dụ, kháng điện) cần căng lâu hơn để lộ các khiếm khuyết tiềm ẩn.
c. Tiêu chuẩn: IPC-9701 (Lớp 2, khuyến nghị 125 °C trong 48 giờ).

3- Điện tử ô tô (ADAS, ECU)
a. Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -40 ∼ 125 °C (phòng động cơ, nắp).
b. Nhiệt độ đốt tối ưu: 130-150°C.
c. Lý do: Mô phỏng nhiệt dưới nắp 10+ năm. Sử dụng FR-4 Tg cao (Tg = 170 °C) hoặc PCB lõi kim loại (MCPCB) để xử lý 150 °C.
d. Thời gian: 48~96 giờ. Các hệ thống an toàn ô tô (ví dụ: bộ điều khiển túi khí) yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt để đáp ứng ISO 26262.
e. Tiêu chuẩn: AEC-Q100 (Hạng 2, xác định 125 °C cho 1000 + chu kỳ; đốt cháy phù hợp với điều này).

4Các thiết bị y tế (cây cấy ghép, thiết bị MRI)
a. Phạm vi nhiệt độ hoạt động: 10-40 °C (sự tiếp xúc với cơ thể) hoặc -20-60 °C (hệ thống hình ảnh).
b. Nhiệt độ đốt cháy tối ưu: 60 ∼ 85 °C (được cấy ghép) hoặc 85 ∼ 105 °C (hình ảnh).
c. Lý do: Các vật liệu cấy ghép sử dụng vật liệu tương thích sinh học (ví dụ, nền PEEK) nhạy cảm với nhiệt độ cao; hệ thống hình ảnh cần nhiệt độ cao hơn để căng nguồn điện.
d. Thời gian: 72-120 giờ. Kiểm tra lâu hơn đảm bảo độ tin cậy trong các ứng dụng quan trọng.
Tiêu chuẩn: ISO 13485 (yêu cầu xác nhận nhiệt độ đốt trong khi sử dụng lâm sàng).

5Không gian và Quốc phòng (Radar, Avionics)
a. Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -55~125°C (môi trường cực đoan).
b. Nhiệt độ đốt tối ưu: 125 ∼ 175 °C.
c. Lý do: Sử dụng chất nền hiệu suất cao (ví dụ: PTFE, Tg = 260 °C) để chịu được 175 °C. Kiểm tra khả năng chống lão hóa do bức xạ.
d. Thời gian hoạt động: 96~168 giờ (1 tuần). Quan trọng đối với các hệ thống có tuổi thọ hơn 20 năm.
Tiêu chuẩn: MIL-STD-883H (Phương pháp 1015, xác định 125 °C trong 168 giờ cho các thiết bị lớp H).

Nhiệt độ đốt cháy so với thời gian: Tìm điểm ngọt ngào

Nhiệt độ và thời gian hoạt động cùng nhau để phơi bày các khiếm khuyết.

Những sai lầm thường gặp để tránh
Ngay cả với các hướng dẫn, sai lầm trong lựa chọn nhiệt độ là phổ biến:

1. Bỏ qua xếp hạng thành phần
Một PCB với tụ điện 85 ° C không thể an toàn trải qua cháy 105 ° C, ngay cả khi nền (FR-4) cho phép nó. Luôn luôn kiểm tra trang dữ liệu thành phần cho nhiệt độ hoạt động tối đa.

2. Nhiệt độ đồng nhất cho tất cả các lớp
Trong PCB đa lớp, các lớp bên trong nắm giữ nhiệt, đạt 5 ~ 10 ° C cao hơn nhiệt độ bề mặt. Sử dụng mô hình nhiệt (ví dụ, ANSYS) để đảm bảo các lớp bên trong ở dưới Tg.

3Bỏ qua thử nghiệm sau khi cháy.
Đốt trong xác định lỗi, nhưng sau khi thử nghiệm (tiếp tục điện, kiểm tra tính toàn vẹn tín hiệu) xác nhận PCB khỏe mạnh đã không bị hư hại.Một 125 ° C đốt trong có thể làm suy yếu các khớp hàn mà không gây ra thất bại ngay lập tức.

4- Nhìn ra độ ẩm.
Đối với PCB trong môi trường ẩm (ví dụ: cảm biến ngoài trời), kết hợp 85 °C với độ ẩm tương đối 85% (theo JEDEC JESD22-A110) làm tăng tốc độ ăn mòn, tiết lộ các vấn đề theo dõi các lỗi đốt khô tiêu chuẩn.

Làm thế nào để xác nhận nhiệt độ đốt
Trước khi sản xuất đầy đủ, xác nhận nhiệt độ mà bạn chọn với một lô nhỏ (1050 PCB):
1.Trước khi thử nghiệm: Thực hiện các thử nghiệm điện (tiếp tục, trở ngại) và kiểm tra trực quan.
2.Burn-in: chạy ở nhiệt độ mục tiêu trong thời gian dự kiến.
3. Sau khi thử nghiệm: Lặp lại kiểm tra điện / thị giác. So sánh tỷ lệ thất bại với dữ liệu lịch sử.
4- Điều chỉnh: Nếu > 5% PCB thất bại sau khi thử nghiệm, giảm nhiệt độ xuống 10 °C. Nếu < 1% thất bại, hãy xem xét tăng thêm 510 °C để phát hiện nhiều khiếm khuyết hơn.

Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Việc đốt cháy có thể làm hỏng PCB khỏe mạnh không?
A: Vâng, nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn vật liệu. Ví dụ, 150 ° C đốt cháy trên FR-4 tiêu chuẩn (Tg = 130 ° C) gây ra 30% PCB để phân mảnh, theo thử nghiệm IPC. Luôn luôn ở dưới Tg.

Hỏi: Có nhiệt độ phù hợp với tất cả không?
A: Không. Một PCB điện thoại thông minh (85 ° C đốt trong) và một PCB hàng không vũ trụ (150 ° C) có nhu cầu rất khác nhau.

Q: Điều gì xảy ra nếu PCB của tôi có các thành phần hỗn hợp (khoảng 85 ° C, khoảng 125 ° C được định giá)?
A: Sử dụng nhiệt độ thành phần thấp nhất như nhiệt độ tối đa của bạn. Ví dụ, nếu 85 ° C tụ điện được ghép nối với 125 ° C bán dẫn, cap cháy ở 85 ° C.

Q: Liệu việc đốt cháy có thay thế các bài kiểm tra độ tin cậy khác không?
A: Không. Nó bổ sung cho thử nghiệm nhiệt, rung động và độ ẩm. Đốt trong bắt tử vong trẻ sơ sinh; các thử nghiệm khác xác nhận khả năng phục hồi lâu dài.

Kết luận
Nhiệt độ đốt tối ưu cân bằng căng thẳng và an toàn, đảm bảo các thành phần yếu thất bại trong quá trình thử nghiệm chứ không phải trong lĩnh vực.và các tiêu chuẩn ngànhCho dù thử nghiệm một thiết bị tiêu dùng ở 85 ° C hoặc một hệ thống hàng không vũ trụ ở 150 ° C, mục tiêu vẫn giống nhau:cung cấp PCB hoạt động đáng tin cậy trong toàn bộ tuổi thọ.