Dlaczego płytki PCB przechowywane przez długi czas mają zwarcia w miejscach otwartych przelotek?

Dlaczego płytki PCB przechowywane przez 4 lata wykazują zwarcia na otwartych przelotkach, zlokalizowane w warstwach wewnętrznych — i dlaczego znikają one po wypaleniu?

Wyjaśnienie inżynieryjne od RICH FULL JOY

Gdy płytka PCB, która była składowana przez cztery lata, nagle zaczyna wykazywać zwarcia skoncentrowane w otwartych punktach przelotowych, a wyniki testów wskazują na zwarcia w warstwie wewnętrznej, a zwarcia te zanikają po wypaleniu, przyczyną uszkodzenia rzadko jest trwały mostek miedziany.

Z punktu widzenia inżynierii niezawodności, wzór ten wyraźnie wskazuje na tymczasowe przewodzenie wywołane wilgocią, wzmocnione zanieczyszczeniem jonowym, a nie na strukturalne zwarcia w wewnętrznej warstwie metalu.

W tym artykule zjawisko to jest wyjaśnione w sposób przejrzysty i krok po kroku.

1. Dlaczego zwarcia koncentrują się na otwartych przelotkach?

W firmie RICH FULL JOY otwarte otwory przelotowe (otwory przelotowe bez uszczelnienia maską lutowniczą) są traktowane jako punkty wejścia do środowiska, ponieważ:

• Miedziany pierścień pierścieniowy i otwór przelotowy są wystawione na działanie powietrza
• Nie istnieje bariera maski lutowniczej blokująca wilgoć lub zanieczyszczenia
• Otwory przelotowe wspomagają kapilarne zatrzymywanie wilgoci
• Odsłonięta miedź jest bardziej podatna na gromadzenie pozostałości jonowych (odciski palców, kurz, odgazowywanie opakowań, zanieczyszczenia powstałe w wyniku obsługi)

W warunkach dużej wilgotności w otworze przelotowym może utworzyć się cienka warstwa elektrolitu (woda + rozpuszczone jony).

Folia ta może tymczasowo przewodzić prąd elektryczny pomiędzy sąsiadującymi przewodnikami lub z przewodu przelotowego w kierunku pobliskich elementów miedzianych.

Dlatego też po długim przechowywaniu najbardziej narażone na anomalie elektryczne wywołane wilgocią są otwory przelotowe.

2. Dlaczego wyniki testów wskazują, że zwarcia są uszkodzeniami warstwy wewnętrznej?

Nie oznacza to, że mostki metalowe powstają tylko wewnątrz płytki PCB.

Zamiast tego odzwierciedla miejsce, w którym ścieżka elektryczna ostatecznie się zamyka:

• W wielu projektach najmniejsze odstępy elektryczne znajdują się w warstwach wewnętrznych
  • odstęp między przelotkami a płaszczyznami
  • gęste prowadzenie w warstwie wewnętrznej w pobliżu beczek przelotowych
• Płaszczyzny zasilania i uziemienia mają bardzo niską impedancję i działają jako naturalne „pochłaniacze energii elektrycznej”

Kiedy wilgoć tworzy tymczasową ścieżkę przewodzącą w pobliżu otworu przelotowego lub wzdłuż ścianki przelotowej, prąd upływowy często łączy się z płaszczyzną wewnętrzną lub ścieżką warstwy wewnętrznej, co sprawia, że ​​tester zgłasza zwarcie warstwy wewnętrznej.

Zatem punktem wejścia jest przelotka otwarta, natomiast punktem zamknięcia jest zazwyczaj element wewnętrznej warstwy miedzi.

3. Dlaczego pieczenie usuwa zwarcie?

To jest kluczowa wskazówka diagnostyczna.

Pieczenie usuwa wchłoniętą wilgoć z:

• Systemy żywic PCB
• Przez interfejsy
• Obszary powierzchni wokół otwartych przelotek

Kiedy wilgoć odparowuje:

• Warstwa elektrolitu zapada się
• Ścieżki przewodzenia jonowego ulegają przerwaniu
• Opór elektryczny wraca do normy

Dowodzi to, że zwarcie było spowodowane przewodzeniem spowodowanym wilgocią, a nie trwałym mostkiem miedź-miedź.

Gdyby to był most metalowy, pieczenie nie spowodowałoby jego zniknięcia.

4. Jakie mechanizmy awarii odpowiadają temu zachowaniu?

Na podstawie doświadczeń terenowych RICH FULL JOY najczęstszymi przyczynami są:

• Przewodnictwo jonowe wywołane wilgocią (najbardziej prawdopodobne)
  • Tymczasowe ścieżki przewodzące tworzą się, gdy wilgoć łączy się z pozostałościami jonowymi.
• Wczesna migracja elektrochemiczna (ECM)
  • We wczesnej fazie ścieżki przewodzące są zależne od wilgoci i odwracalne.
  • Jeżeli będą wielokrotnie narażone na działanie wilgoci i prądu elektrycznego, mogą przekształcić się w trwałe dendryty metaliczne.

Oznacza to, że Twoje deski znajdują się obecnie w fazie odwracalnego ryzyka, ale powtarzające się narażenie na wilgoć może z czasem spowodować trwałe uszkodzenie.

5. W jaki sposób RICH FULL JOY zaleca kontrolowanie tego ryzyka

Natychmiastowa kontrola

• Wypiekaj deski przed użyciem
• Powtórz test po upieczeniu
• Natychmiast zamknąć w opakowaniu próżniowym z pochłaniaczem wilgoci i kartą wskaźnika wilgotności (HIC)

Kontrola magazynu

• Zminimalizuj czas ekspozycji otwartej
• Przechowywać w warunkach niskiej wilgotności
• Unikaj dotykania otwartych otworów przelotowych gołymi rękami

Ulepszanie projektu/procesu (dla przyszłych partii)

• W miarę możliwości należy unikać otworów otwartych → należy stosować otwory z nakładkami lub otwory wypełnione i zaślepione
• Zwiększenie prześwitu w obszarach przelotowych dla sieci krytycznych
• Poprawa kontroli czystości w celu zmniejszenia pozostałości jonowych

Ostateczne wnioski inżynierskie

Jeśli płytka PCB, która była długo przechowywana, wykazuje zwarcia w otwartych przelotkach, które wydają się być uszkodzeniami warstwy wewnętrznej, a zwarcia te zanikają po wypaleniu, przyczyną jest najprawdopodobniej przewodzenie jonowe wspomagane wilgocią, a nie trwałe wewnętrzne zwarcie miedzi.

W firmie RICH FULL JOY traktujemy to jako kwestię wrażliwości środowiska przechowywania, którą można kontrolować poprzez kontrolę wilgoci, czystość i opakowanie, a nie jako strukturalną wadę produkcyjną PCB.