Trong ngành công nghiệp điện tử ngày nay phát triển nhanh chóng, bảng mạch in (PCB) phục vụ như xương sống của các thiết bị hiện đại.đảm bảo hiệu suất PCB và độ tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt đã trở nên quan trọngCác thử nghiệm chu kỳ nhiệt đã xuất hiện như một biện pháp đảm bảo chất lượng không thể thiếu, mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt mà PCB có thể gặp phải trong quá trình hoạt động.
Các thử nghiệm chu kỳ nhiệt làm cho các mẫu PCB thay thế môi trường nhiệt độ cao và thấp, sao chép các điều kiện hoạt động thực tế.Kiểm tra căng thẳng tăng tốc này giúp xác định các điểm yếu tiềm ẩn trong vật liệu, xây dựng, và hiệu suất điện trước khi sản phẩm đến thị trường.
Nguyên tắc cơ bản của các thử nghiệm chu kỳ nhiệt tận dụng các tính chất mở rộng nhiệt của vật liệu.và các thiết bị gắn - có hệ số mở rộng nhiệt độc đáoKhi chịu biến động nhiệt độ, các tốc độ mở rộng không phù hợp này tạo ra căng thẳng nội bộ phức tạp có thể dẫn đến mệt mỏi hoặc thất bại của vật liệu.
Các mục đích chính của việc đánh giá chu kỳ nhiệt bao gồm:
- Đánh giá sự ổn định vật liệu và tính toàn vẹn cấu trúc dưới sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng
- Đánh giá độ tin cậy của hiệu suất điện trong nhiệt độ cực đoan
- Xác định các khiếm khuyết tiềm ẩn trong thiết kế, sản xuất hoặc lựa chọn vật liệu
- Cung cấp thông tin chi tiết dựa trên dữ liệu để tối ưu hóa sản phẩm
Một giao thức chu kỳ nhiệt điển hình bao gồm:
- Chuẩn bị và điều kiện mẫu
- Cấu hình tham số (phạm vi nhiệt độ, tốc độ chuyển đổi, số chu kỳ)
- Chuyến xe đạp được kiểm soát với giám sát thời gian thực
- Phân tích lỗi toàn diện
- Báo cáo và khuyến nghị
Chu trình nhiệt cho thấy một số cơ chế thất bại tiềm năng trong PCB:
Các kết nối liên kết hàn đại diện cho các điểm yếu quan trọng trong thời gian căng thẳng nhiệt.
Nứt do mệt mỏi nhiệt:Các chu kỳ mở rộng / co lại lặp đi lặp lại tạo ra các vết nứt nhỏ lan truyền qua các khớp hàn, đặc biệt là tại các giao diện chì thành phần.và các thông số nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến chế độ thất bại này.
Chất ăn mòn do oxy hóa:Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ oxy hóa ở bề mặt hàn, làm suy giảm độ bền cơ học và tính dẫn điện. Kiểm soát độ ẩm và lớp phủ bảo vệ giúp giảm bớt vấn đề này.
Chất liên hợp kim loại (IMC):Sự phát triển quá mức của các lớp IMC dễ vỡ giữa các kim loại hàn và nền làm giảm độ bền của khớp.
Các chất nền PCB đa lớp trải qua sự tách biệt giữa các lớp vật liệu do:
Không phù hợp với sự mở rộng nhiệt:Tốc độ mở rộng khác nhau giữa nhựa epoxy và gia cố sợi thủy tinh tạo ra căng thẳng giao diện.
Các khiếm khuyết sản xuất:Các lỗ hổng, tạp chất hoặc áp suất mài không đầy đủ tạo ra các điểm yếu dễ bị tách.
Thấm ẩm:Các vật liệu thủy văn sưng lên khi tiếp xúc với độ ẩm, làm trầm trọng thêm căng thẳng nhiệt.
Các thiết bị gắn trên PCB khác nhau cho thấy sự cố liên quan đến nhiệt độ:
Trục trặc của bán dẫn:Các mạch tích hợp bị nứt do căng thẳng nhiệt, lão hóa nhanh và ẩm thâm nhập.
Trục trặc của tụ điện:Khô điện phân, phá vỡ điện bao bọc và nứt gói gây bệnh cho tụ điện dưới chu kỳ nhiệt. Các thành phần có nhiệt độ và kiểm soát môi trường kéo dài tuổi thọ.
Résistor thất bại:Sự phân hủy màng, oxy hóa cuối cùng và vỡ gói ảnh hưởng đến điện trở.
Các đường dẫn trên PCB có thể phát triển vết nứt do:
Mệt mỏi nhiệt:Chu kỳ mở rộng / co lại lặp đi lặp lại làm mệt mỏi các dấu vết đồng, đặc biệt là ở các điểm tập trung căng thẳng.
Căng thẳng cơ học:Việc lắp đặt, vận chuyển hoặc rung động trong khi vận hành có thể làm gãy dấu vết.
Sự ăn mòn môi trường:Độ ẩm và các chất gây ô nhiễm làm suy giảm tính dẫn của đồng.
Các biện pháp chủ động có thể cải thiện đáng kể hiệu suất nhiệt PCB:
Các thực tiễn bố trí chu đáo, phân tích khả năng tương thích vật liệu và các giải pháp quản lý nhiệt tạo thành nền tảng cho các thiết kế đáng tin cậy.Đặt thành phần, và phân tán nhiệt.
Kiểm soát mài chính xác, kỹ thuật hàn tiên tiến và xử lý bề mặt đảm bảo chất lượng nhất quán.
Vật liệu giao diện nhiệt, lớp phủ phù hợp và kỹ thuật cách ly cơ học bảo vệ PCB chống lại căng thẳng hoạt động.Các chiến lược bảo vệ cụ thể cho ứng dụng giải quyết các thách thức môi trường độc đáo.
Kiểm tra chu kỳ nhiệt cung cấp những hiểu biết vô giá về độ tin cậy của PCB trong điều kiện cực đoan.Các nhà sản xuất có thể cung cấp thiết bị điện tử có khả năng chịu được môi trường hoạt động đòi hỏiTiến bộ liên tục về vật liệu, phương pháp thiết kế và quy trình sản xuất sẽ tiếp tục tăng cường khả năng phục hồi nhiệt PCB trong các ứng dụng thế hệ tiếp theo.