چرا بردهای مدار چاپی (PCB) که مدت زیادی انبار شده‌اند، در مسیر باز (Open Vias) دچار اتصال کوتاه می‌شوند؟

چرا بردهای مدار چاپی (PCB) که ۴ سال نگهداری شده‌اند، در مسیر باز (Open Vias) دچار اتصال کوتاه می‌شوند که به لایه‌های داخلی محدود می‌شود - و چرا پس از پخت ناپدید می‌شوند؟

توضیحی مهندسی از کتاب «شادی سرشار»

وقتی یک برد مدار چاپی که به مدت چهار سال انبار شده است، ناگهان مدارهای کوتاه متمرکز در مسیر‌های باز را نشان می‌دهد، و نتایج آزمایش نشان‌دهنده اتصال کوتاه لایه داخلی است، و این اتصال کوتاه‌ها پس از پخت ناپدید می‌شوند، مکانیسم خرابی به ندرت یک پل مسی دائمی است.

از دیدگاه مهندسی قابلیت اطمینان، این الگو قویاً نشان‌دهنده‌ی رسانایی موقت ناشی از رطوبت است که توسط آلودگی یونی افزایش یافته است - نه اتصال کوتاه فلزی لایه داخلی سازه.

این مقاله به روشنی و گام به گام این پدیده را توضیح می‌دهد.

۱. چرا اتصالات کوتاه در مسیرهای باز متمرکز می‌شوند؟

در RICH FULL JOY، وایاهای باز (ویایاهای بدون پوشش لحیم) به عنوان نقاط ورود به محیط زیست در نظر گرفته می‌شوند زیرا:

• حلقه حلقوی مسی و دهانه از طریق آن در معرض هوا قرار دارند
• هیچ مانعی برای ماسک لحیم کاری وجود ندارد که رطوبت یا آلودگی ها را مسدود کند
• از طریق منافذ، حفظ رطوبت مویرگی را افزایش می‌دهد
• مسِ در معرضِ تماس، بیشتر مستعد جمع‌آوری بقایای یونی (اثر انگشت، گرد و غبار، خروج گاز از بسته‌بندی، آلودگی ناشی از جابجایی) است.

در شرایط مرطوب، یک لایه نازک الکترولیت (آب + یون‌های محلول) می‌تواند در دهانه ویا تشکیل شود.

آن لایه نازک می‌تواند به طور موقت الکتریسیته را بین رساناهای مجاور یا از طریق لوله به سمت ساختارهای مسی مجاور هدایت کند.

بنابراین، مسیرهای باز پس از ذخیره‌سازی طولانی‌مدت، به آسیب‌پذیرترین مکان‌ها برای ناهنجاری‌های الکتریکی ناشی از رطوبت تبدیل می‌شوند.

۲. چرا نتایج آزمایش، اتصال کوتاه‌ها را به عنوان نقص لایه داخلی نشان می‌دهد؟

این به این معنی نیست که پل‌های فلزی فقط درون برد مدار چاپی تشکیل می‌شوند.

در عوض، نشان می‌دهد که مسیر الکتریکی در نهایت کجا بسته می‌شود:

• کوچکترین فواصل الکتریکی در بسیاری از طرح‌ها در لایه‌های داخلی قرار دارند.
  • فاصله‌گذاری از طریق صفحه
  • مسیریابی لایه داخلی متراکم نزدیک via barrels
• صفحات قدرت و زمین امپدانس بسیار کمی دارند و به عنوان "سینک‌های الکتریکی" طبیعی عمل می‌کنند.

وقتی رطوبت یک مسیر رسانای موقت در نزدیکی دهانه‌ی ویا یا در امتداد دیواره‌ی ویا ایجاد می‌کند، جریان نشتی اغلب به یک صفحه‌ی داخلی یا رد لایه‌ی داخلی متصل می‌شود، که باعث می‌شود آزمایش‌کننده اتصال کوتاه لایه‌ی داخلی را گزارش کند.

بنابراین نقطه ورود، مسیر باز است، اما نقطه بسته شدن معمولاً یک ویژگی مسی لایه داخلی است.

۳. چرا پختن باعث از بین رفتن شورت می‌شود؟

این سرنخ تشخیصی کلیدی است.

پخت، رطوبت جذب شده از موارد زیر را خارج می‌کند:

• سیستم‌های رزینی PCB
• از طریق رابط‌ها
• نواحی سطحی اطراف وایاهای باز

وقتی رطوبت تبخیر می‌شود:

• فیلم الکترولیت فرو می‌ریزد
• مسیرهای رسانایی یونی می‌شکنند
• مقاومت الکتریکی به حالت عادی برمی‌گردد

این ثابت می‌کند که اتصال کوتاه، نشت رسانای ناشی از رطوبت بوده است، نه یک پل دائمی مس به مس.

اگر یک پل فلزی بود، پختن باعث ناپدید شدن آن نمی‌شد.

۴. چه مکانیسم‌های شکستی با این رفتار مطابقت دارند؟

بر اساس تجربه میدانی RICH FULL JOY، شایع‌ترین علل عبارتند از:

• رسانایی یونی ناشی از رطوبت (به احتمال زیاد)
  • مسیرهای رسانای موقت زمانی تشکیل می‌شوند که رطوبت با باقیمانده‌های یونی ترکیب شود.
• مهاجرت الکتروشیمیایی در مراحل اولیه (ECM)
  • در فاز اولیه، مسیرهای رسانایی وابسته به رطوبت و برگشت‌پذیر هستند.
  • اگر به طور مکرر در معرض رطوبت و بایاس الکتریکی قرار گیرند، ممکن است به دندریت‌های فلزی دائمی تبدیل شوند.

این یعنی تخته‌های شما در حال حاضر در مرحله ریسک برگشت‌پذیر هستند، اما قرار گرفتن مکرر در معرض رطوبت می‌تواند به مرور زمان خرابی را دائمی کند.

۵. چگونه RICH FULL JOY کنترل این ریسک را توصیه می‌کند

کنترل فوری

• تخته‌ها را قبل از استفاده بپزید
• بعد از پخت دوباره تست کنید
• بلافاصله در بسته‌بندی وکیوم با کارت نشانگر رطوبت و رطوبت (HIC) قرار دهید.

کنترل ذخیره‌سازی

• زمان نوردهی در فضای باز را به حداقل برسانید
• در رطوبت کم نگهداری شود
• از دست زدن به مسیرهای باز با دست خالی خودداری کنید

بهبود طراحی/فرآیند (برای محموله‌های آینده)

• در صورت امکان از مسیر‌های باز خودداری کنید → از مسیر‌های چادری یا مسیر‌های پر و بسته استفاده کنید
• افزایش فاصله در مناطق via-to-plane برای شبکه‌های حیاتی
• بهبود کنترل پاکیزگی برای کاهش باقیمانده‌های یونی

نتیجه‌گیری نهایی مهندسی

وقتی یک برد مدار چاپی (PCB) که مدت زیادی نگهداری شده است، در مسیر‌های باز خود اتصال کوتاه‌هایی نشان می‌دهد که به نظر می‌رسد نقص در لایه‌های داخلی باشد و این اتصال کوتاه‌ها پس از پخت ناپدید می‌شوند، علت اصلی تقریباً به طور قطع رسانایی یونی به کمک رطوبت است، نه اتصال کوتاه دائمی مس داخلی.

در RICH FULL JOY، ما این موضوع را به عنوان یک مسئله حساسیت به محیط ذخیره‌سازی در نظر می‌گیریم که از طریق کنترل رطوبت، تمیزی و بسته‌بندی مدیریت می‌شود - نه به عنوان یک نقص ساختاری در تولید PCB.