Nhiệt độ thử nghiệm PCB Burn-In: Hướng dẫn cuối cùng để tìm điểm yếu và tăng độ tin cậy

Hãy tưởng tượng việc vận chuyển 10.000 PCB chỉ để có 500 thất bại trong vòng 3 tháng.một quá trình làm căng PCB ở nhiệt độ cao để loại bỏ các thành phần yếu trước khi chúng đến khách hàngNhưng đây là câu hỏi: chọn nhiệt độ sai, và bạn sẽ bỏ lỡ các khiếm khuyết (quá thấp) hoặc làm hỏng các tấm tốt (quá cao).

Điểm ngọt ngào? 90 ° C đến 150 ° C một phạm vi xác nhận bởi các tiêu chuẩn công nghiệp như IPC-9701 và MIL-STD-202.chất FR4 TG cao, và làm thế nào để tránh những cạm bẫy phổ biến (quá căng thẳng, quản lý nhiệt kém).Đây là lộ trình của bạn để không thất bại sớm và độ tin cậy lâu dài.

Những điểm quan trọng
1Phạm vi nhiệt độ không thể thương lượng: 90 ° C ∼ 150 ° C cân bằng phát hiện khiếm khuyết và an toàn bảng ∼ dưới 90 ° C bỏ lỡ các phần yếu; trên 150 ° C có nguy cơ bị hư hại.
2Các giới hạn ổ đĩa vật liệu: FR4 Tg cao (Tg ≥ 150 °C) xử lý 125 °C ∼ 150 °C; FR4 tiêu chuẩn (Tg 130 °C ∼ 140 °C) đạt đỉnh ở 125 °C để tránh biến dạng.
3Các tiêu chuẩn công nghiệp hướng dẫn bạn: Điện tử tiêu dùng sử dụng 90 °C ∼125 °C (IPC-9701); quân sự / hàng không vũ trụ cần 125 °C ∼150 °C (MIL-STD-202).
4Dữ liệu đánh bại phỏng đoán: Theo dõi nhiệt độ, điện áp và tỷ lệ thất bại trong quá trình thử nghiệm để tinh chỉnh quy trình của bạn và bắt các thành phần yếu.
5Quản lý nhiệt là rất quan trọng: Các điểm nóng hoặc kết quả lệch lưu lượng không khí kém sử dụng thùng nhiệt, đường nhiệt và buồng vòng kín để giữ nhiệt độ ổn định.

Thử nghiệm đốt cháy là gì?
Kiểm tra cháy là một thử nghiệm căng thẳng cho PCB: nó tiếp xúc với các bảng với nhiệt độ cao (và đôi khi điện áp) để tăng tốc sự cố của các thành phần yếu (ví dụ: các khớp hàn bị lỗi,Capacitors chất lượng thấp)Mục tiêu là mô phỏng tháng/năm sử dụng trong ngày, đảm bảo chỉ có PCB đáng tin cậy nhất đến với khách hàng.

Nhiệt độ là biến số quan trọng nhất ở đây bởi vì:

a. Nhiệt độ thấp (≤ 80 °C): Không căng các thành phần đủ  Các bộ phận yếu vẫn ẩn, dẫn đến sự cố trường sớm.
b. Nhiệt độ cao (> 150 °C): vượt quá nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh của PCB (Tg), gây ra biến dạng, làm mất lớp hoặc làm hỏng vĩnh viễn các thành phần tốt.
c. Phạm vi tối ưu (90 °C-150 °C): Đánh dấu các bộ phận yếu để thất bại mà không làm tổn hại đến các bảng khỏe mạnh đã được chứng minh là giảm tỷ lệ thất bại sớm 70% hoặc hơn.

Phạm vi nhiệt độ đốt cháy tối ưu: Theo ứng dụng & tiêu chuẩn
Không phải tất cả các PCB được tạo ra bằng nhau, nhiệt độ đốt cháy của bạn phụ thuộc vào việc sử dụng cuối cùng của PCB, vật liệu và tiêu chuẩn công nghiệp.

1. Phạm vi nhiệt độ theo ngành
Các ứng dụng khác nhau đòi hỏi mức độ tin cậy khác nhau đây là cách để điều chỉnh nhiệt độ với trường hợp sử dụng của bạn:

Ví dụ: PCB điện thoại thông minh (điện tử tiêu dùng) sử dụng 100 °C trong 16 giờ đủ để phơi bày các vi mạch bị lỗi mà không làm hỏng bảng FR4.PCB radar quân sự cần 150°C trong 72 giờ để đảm bảo nó hoạt động trong máy bay chiến đấu.

2Tại sao các tiêu chuẩn quan trọng
Tiếp theo các tiêu chuẩn IPC, MIL-STD hoặc AEC không chỉ là thủ tục quan liêu mà còn là một cách đã được chứng minh để tránh sai lầm.
a.IPC-9701: Tiêu chuẩn vàng cho PCB tiêu dùng / công nghiệp ¢ đặt 90 °C ¢ 125 °C để cân bằng phát hiện lỗi và chi phí.
b.MIL-STD-202G: Yêu cầu 125 °C-150 °C cho thiết bị quân sự quan trọng đối với PCB không thể thất bại trong chiến đấu hoặc không gian.
c.AEC-Q100: Đối với thiết bị điện tử ô tô, yêu cầu 125 °C/140 °C để phù hợp với nhiệt độ dưới nắp.

Bỏ qua các tiêu chuẩn có nguy cơ quá nhiều thử nghiệm (hủy hại bảng) hoặc quá ít thử nghiệm (thiếu khiếm khuyết).tuân thủ các tiêu chuẩn này theo chữ ký, đảm bảo mỗi PCB đáp ứng nhu cầu độ tin cậy của ngành công nghiệp của nó.

Làm thế nào các vật liệu PCB ảnh hưởng đến giới hạn nhiệt độ đốt cháy
Vật liệu PCB của bạn, đặc biệt là nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh (Tg), xác định nhiệt độ đốt cháy an toàn tối đa.Tg là nhiệt độ mà ở đó nhựa PCB mềm và mất sức mạnh cấu trúc. vượt quá Tg trong quá trình đốt cháy, và bạn sẽ có được các tấm cong hoặc lớp delaminated.

1Các vật liệu PCB phổ biến và giới hạn đốt cháy của chúng

Quy tắc quan trọng: Không bao giờ vượt quá 80% Tg của vật liệu trong quá trình đốt cháy. Ví dụ, FR4 Tg cao (Tg 150 ° C) đạt đỉnh ở 120 ° C (80% của 150 ° C) để tránh mềm.

2Tại sao FR4 Tg cao là một sự thay đổi trò chơi
Đối với PCB cần nhiệt độ đốt cháy cao hơn (ví dụ: ô tô, công nghiệp), FR4 Tg cao là điều bắt buộc.
a. Chống nhiệt: Tg 150 °C ≈ 180 °C cho phép nó xử lý 125 °C ≈ 150 °C cháy mà không bị cong.
b. Độ bền: Chống bị tách lớp (loại tách) dưới áp lực quan trọng cho độ tin cậy lâu dài.
c. Chống hóa học: Chống dầu, chất làm mát và chất tẩy rửa (thường được sử dụng trong công nghiệp / ô tô).

LT CIRCUIT sử dụng FR4 Tg cao cho 70% PCB công nghiệp / ô tô của mình, giảm tỷ lệ thất bại sớm 60% so với FR4 tiêu chuẩn.

Làm thế nào thử nghiệm đốt trong tăng độ tin cậy PCB
Kiểm tra cháy không chỉ là một "tốt để có"đó là một đầu tư vào độ tin cậy.Đây là cách nó ảnh hưởng đến hiệu suất PCB của bạn, cả ngắn hạn và dài hạn.

1. Phát hiện sớm sự cố: Ngăn chặn các khiếm khuyết trước khi vận chuyển
Đường cong bồn tắm là một điển hình về độ tin cậy: PCB có tỷ lệ thất bại sớm cao (các thành phần yếu), sau đó là một thời gian sử dụng ổn định lâu dài, sau đó là thất bại muộn (mài mòn).Kiểm tra đốt trong loại bỏ giai đoạn thất bại sớm bằng cách:
a. Động lực các thành phần yếu: Các khớp hàn bị lỗi, tụ điện chất lượng thấp hoặc các đường không phù hợp bị trục trặc dưới 90 °C 150 °C trước khi PCB đến khách hàng.
b.Giảm các yêu cầu bảo hành: Một nghiên cứu của IPC cho thấy thử nghiệm đốt cháy giảm chi phí bảo hành 50%~70% cho thiết bị điện tử tiêu dùng.

Nghiên cứu trường hợp: Một nhà sản xuất máy tính xách tay đã thêm 100 ° C/24 giờ đốt trong quá trình PCB của mình. Tỷ lệ thất bại sớm giảm từ 5% xuống còn 0,5%, tiết kiệm 200.000 đô la trong sửa chữa bảo hành hàng năm.

2Hiệu suất lâu dài: xác nhận độ bền
Bằng cách mô phỏng nhiều năm căng thẳng nhiệt, bạn có thể:
a. Kiểm tra độ bền của khớp hàn: Chu trình nhiệt (một phần của đốt cháy cho một số ngành công nghiệp) cho thấy sự mệt mỏi trong khớp hàn, rất quan trọng đối với PCB trong môi trường biến động nhiệt độ (ví dụ: ô tô,cảm biến ngoài trời).
b. Kiểm tra sự ổn định của vật liệu: FR4 Tg cao nên giữ cứng ở 125 °C; nếu nó bị cong, bạn biết vật liệu không bình thường.
c. Tối ưu hóa thiết kế: Nếu một PCB thất bại ở 130 ° C, bạn có thể thêm đường nhiệt hoặc di chuyển các thành phần nóng để cải thiện khả năng phân tán nhiệt.

3. Cải thiện dựa trên dữ liệu
Mỗi thử nghiệm đốt cháy tạo ra dữ liệu có giá trị:
a.Chế độ thất bại: Các tụ điện thường xuyên thất bại? Các khớp hàn có bị nứt ở 140 °C không? Điều này cho bạn biết nơi để cải thiện BOM hoặc thiết kế của bạn.
b. Các ngưỡng nhiệt độ: Nếu 125 °C gây ra sự cố 2% nhưng 120 °C gây ra 0,5%, bạn có thể điều chỉnh đến 120 °C để có năng suất tốt hơn.
c. Chất lượng thành phần: Nếu một lô điện trở thất bại liên tục, bạn có thể chuyển nhà cung cấp trước khi họ phá hủy nhiều PCB hơn.
LT CIRCUIT sử dụng dữ liệu này để tinh chỉnh các quy trình của mình: ví dụ, sau khi phát hiện ra rằng 135 ° C gây ra sự phân mảnh trong FR4 tiêu chuẩn, nó đã chuyển sang FR4 Tg cao cho các đơn đặt hàng công nghiệp.

Làm thế nào để xác định nhiệt độ đốt đúng cho PCB của bạn
Chọn nhiệt độ hoàn hảo không phải là phỏng đoán mà là một quá trình từng bước xem xét vật liệu, ứng dụng và tiêu chuẩn PCB của bạn.

Bước 1: Bắt đầu với PCB của bạn vật liệu Tg
Sử dụng công thức này để thiết lập tối đa an toàn:
Nhiệt độ đốt cháy tối đa = 80% Tg vật liệu

Ví dụ: PCB được làm với 150 °C Tg FR4 không nên vượt quá 120 °C trong khi đốt cháy.

Bước 2: Phù hợp với các tiêu chuẩn của ngành
Tiêu chuẩn ứng dụng của bạn sẽ thu hẹp phạm vi hơn nữa.
a. Điện tử tiêu dùng (IPC-9701): Ngay cả khi vật liệu của bạn có thể xử lý 120 °C, hãy giữ ở 90 °C-125 °C để tránh kiểm tra quá mức.
b. Quân sự (MIL-STD-202G): Bạn sẽ cần 125 °C-150 °C vì vậy bạn phải sử dụng FR4 Tg cao hoặc polyimide.

Bước 3: Kiểm tra và tinh chỉnh với dữ liệu
Không có quy trình nào là hoàn hảo. Hãy thử một lô nhỏ trước, sau đó điều chỉnh:
a. Thực hiện thử nghiệm thí điểm: Kiểm tra 50 ∼ 100 PCB ở giữa phạm vi của bạn (ví dụ: 110 °C cho 90 °C ∼ 125 °C).
b.Thất bại theo dõi: Có bao nhiêu PCB thất bại? Nguyên nhân là gì (nước hàn, thành phần, vật liệu)?
c. Điều chỉnh nhiệt độ: Nếu không có lỗi, nâng lên 10 °C (để phát hiện nhiều khiếm khuyết hơn).
d. Xác minh bằng hình ảnh nhiệt: Đảm bảo không có điểm nóng (ví dụ, bộ điều chỉnh điện áp đạt 160 °C trong khi phần còn lại của bảng là 120 °C)

Bước 4: Cân bằng giữa an toàn và chi phí
Kiểm tra đốt cháy tốn thời gian và tiền bạc.
a. Điện tử tiêu dùng: 90 °C trong 8 giờ là đủ cho các thiết bị có nguy cơ thấp (ví dụ như điều khiển từ xa).
b. Độ tin cậy cao: 150 °C trong 72 giờ là giá trị cho PCB hàng không vũ trụ (một lỗi duy nhất có thể tốn hơn 1 triệu đô la).

Thiết lập thử nghiệm đốt cháy: Mẹo về độ chính xác và an toàn
Ngay cả nhiệt độ phù hợp cũng sẽ không giúp ích nếu thiết lập thử nghiệm của bạn bị lỗi.

1. Kiểm soát nhiệt độ: Tránh các điểm nóng
Các điểm nóng (khu vực nóng hơn 10 ° C so với phần còn lại của bảng) làm sai lệch kết quả:
a. Sử dụng một buồng vòng kín: Các buồng này duy trì nhiệt độ trong vòng ± 2 °C tốt hơn nhiều so với lò mở (± 5 °C).
b. Thêm các đường dẫn nhiệt: Đối với PCB có các thành phần nóng (ví dụ như các bộ điều chỉnh điện áp), các đường dẫn nhiệt truyền nhiệt đến các lớp khác.
c. Đặt các thành phần một cách khôn ngoan: Giữ các bộ phận tạo nhiệt (ví dụ: đèn LED, vi xử lý) cách xa các thành phần nhạy cảm (ví dụ: cảm biến).
d. Sử dụng tản nhiệt: Đối với PCB công suất cao, gắn tản nhiệt vào các thành phần nóng để giữ nhiệt độ nối được kiểm tra.

Mẹo công cụ: Sử dụng máy ảnh hình ảnh nhiệt trong quá trình thử nghiệm để phát hiện các điểm nóng ✓ LT CIRCUIT làm điều này cho mỗi lô để đảm bảo đồng nhất.

2. Thu thập dữ liệu: Theo dõi mọi thứ
Bạn không thể cải thiện những gì bạn không đo lường.
a. Nhiệt độ: Log mỗi 5 phút để đảm bảo tính nhất quán.
b. Điện áp / dòng: Kiểm tra nguồn điện nhập để phát hiện các đường hút bất thường (một dấu hiệu của sự cố thành phần).
c. Tỷ lệ thất bại: Theo dõi có bao nhiêu PCB thất bại, khi nào (ví dụ, 12 giờ thử nghiệm), và tại sao (ví dụ, tụ ngắn).
d.Dữ liệu thành phần: ghi lại các thành phần thất bại thường xuyên nhất.

Sử dụng phần mềm như Minitab hoặc Excel để phân tích dữ liệu: ví dụ, biểu đồ Weibull có thể cho thấy tỷ lệ thất bại thay đổi theo nhiệt độ, giúp bạn đặt phạm vi tối ưu.

3An toàn: Tránh quá tải
Áp lực quá mức (kiểm tra vượt quá giới hạn của PCB) làm hỏng bảng tốt, đây là cách để tránh nó:
a. Không bao giờ vượt quá Tg: Tiêu chuẩn FR4 (130 °C Tg) không bao giờ đạt 140 °C. Điều này gây ra biến dạng vĩnh viễn.
b. Nhiệt độ ramp chậm: Tăng 10 °C mỗi giờ để tránh sốc nhiệt (sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng làm vỡ các khớp hàn).
c. Theo các thông số kỹ thuật của thành phần: Một tụ điện được đánh giá là 125 °C không nên được thử nghiệm ở 150 °C ngay cả khi vật liệu PCB có thể xử lý nó.

Những vấn đề thường gặp khi bị cháy bỏng và cách giải quyết chúng
Kiểm tra đốt cháy có những cạm bẫy nhưng chúng dễ dàng tránh được với kế hoạch đúng.
1. quá mức căng thẳng: làm hỏng PCB tốt
Vấn đề: Xét nghiệm ở 160 °C (trên FR4 ̊s Tg cao 150 °C Tg) gây ra sự phân mảnh hoặc cong.
Sửa lỗi:
a. Luôn kiểm tra Tg vật liệu trước khi đặt nhiệt độ.
b. Sử dụng quy tắc 80% Tg (max temp = 0,8 × Tg).
c. Nhiệt độ ramp chậm (10 °C / giờ) để tránh sốc nhiệt.

2- Chưa kiểm tra: thiếu các thành phần yếu
Vấn đề: Kiểm tra ở 80 ° C (dưới 90 ° C tối thiểu) để lại các tụ điện yếu hoặc các khớp hàn ẩn.
Sửa lỗi:
a. Bắt đầu ở 90 °C cho thiết bị điện tử tiêu dùng; 125 °C cho độ tin cậy cao.
Mở rộng thời gian thử nghiệm nếu bạn không thể nâng nhiệt độ (ví dụ, 48 giờ ở 90 °C thay vì 24 giờ).

3Quản lý nhiệt kém: Kết quả sai lệch
Vấn đề: Một bộ điều chỉnh điện áp đạt 150 ° C trong khi phần còn lại của bảng là 120 ° C bạn không thể biết nếu lỗi là từ các thành phần yếu hoặc điểm nóng.
Sửa lỗi:
a. Sử dụng ống dẫn nhiệt và thùng tản nhiệt để truyền nhiệt.
b. Kiểm tra bằng máy ảnh nhiệt để phát hiện các điểm nóng.
c. Chuyển các thành phần nóng vào các thiết kế trong tương lai để cải thiện phân phối nhiệt.

4Chi phí vượt quá: Kiểm tra quá lâu
Vấn đề: Chạy thử nghiệm 72 giờ cho thiết bị điện tử tiêu dùng (không cần thiết) làm tăng chi phí.
Sửa lỗi:
a. Theo tiêu chuẩn ngành: 8~24 giờ cho người tiêu dùng, 48~72 giờ cho công nghiệp.
b. Sử dụng bốc cháy tăng tốc (nhiệt độ cao hơn trong thời gian ngắn hơn) nếu cần thiết (ví dụ: 125 °C trong 16 giờ thay vì 90 °C trong 48 giờ).

Câu hỏi thường gặp: Câu hỏi về nhiệt độ đốt cháy
1Tôi có thể sử dụng cùng nhiệt độ cho tất cả các PCB của tôi không?
Không có nhiệt độ phụ thuộc vào vật liệu (Tg) và ứng dụng. PCB điện thoại thông minh (FR4 tiêu chuẩn) cần 90 ° C ≈ 100 ° C; PCB quân sự (polyimide) cần 125 ° C ≈ 150 ° C.

2Thử nghiệm đốt cháy sẽ kéo dài bao lâu?
a. Điện tử tiêu dùng: 8~24 giờ.
b. Công nghiệp: 24 48 giờ.
c. Quân đội/không gian: 48-120 giờ.
Thời gian dài hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn.

3Điều gì sẽ xảy ra nếu PCB của tôi có các thành phần với các chỉ số nhiệt độ khác nhau?
Ví dụ, nếu vật liệu PCB của bạn có thể xử lý 125 ° C nhưng một bộ tụ được đánh giá là 105 ° C, hãy thử nghiệm ở 90 ° C ∼ 100 ° C.

4Tôi có cần thử nghiệm đốt trong PCB chi phí thấp (ví dụ như đồ chơi)?
Nó phụ thuộc vào rủi ro. Nếu thất bại sẽ gây ra thiệt hại (ví dụ, một đồ chơi với pin), có. Đối với PCB không quan trọng, bạn có thể bỏ qua nó nhưng mong đợi tỷ lệ trả lại cao hơn.

5Làm thế nào LT Circuit đảm bảo kiểm tra đốt chính xác?
LT CIRCUIT sử dụng buồng vòng kín (sự kiểm soát ± 2 ° C), hình ảnh nhiệt và tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn IPC / MIL-STD. Mỗi lô được thử nghiệm bằng một thử nghiệm thử nghiệm để xác nhận nhiệt độ và thời gian.

Kết luận: Nhiệt độ cháy là vũ khí bí mật để bạn đáng tin cậy
Chọn nhiệt độ đốt đúng 90°C 150°C, phù hợp với Tg vật liệu của bạn và tiêu chuẩn ngành công nghiệp không chỉ là một bước trong sản xuất.hôm nay và ngày mai.

Bằng cách làm theo các bước trong hướng dẫn này, bắt đầu với vật liệu Tg, phù hợp với tiêu chuẩn, thử nghiệm với dữ liệu và tránh căng thẳng quá mức, bạn sẽ loại bỏ các lỗi sớm, giảm chi phí bảo hành,và xây dựng danh tiếng đáng tin cậyCho dù bạn đang sản xuất một chiếc đồng hồ thông minh hay một tấm PCB vệ tinh, nhiệt độ đốt cháy phù hợp sẽ biến "đủ tốt" thành "được xây dựng để tồn tại".

Hãy nhớ rằng: thử nghiệm đốt cháy không phải là chi phí mà là đầu tư. Thời gian bạn dành để thiết lập nhiệt độ hoàn hảo hôm nay sẽ giúp bạn tránh được những sự thu hồi tốn kém và những khách hàng không hài lòng ngày mai.Với chuyên môn của LT CIRCUIT về vật liệu Tg cao và thử nghiệm phù hợp với tiêu chuẩn, bạn có thể tin tưởng PCB của bạn để vượt qua thử nghiệm đốt trong và thử nghiệm thời gian.