Почему при длительном хранении печатных плат происходит короткое замыкание в местах открытых переходных отверстий?

Почему на печатных платах, хранившихся в течение 4 лет, обнаруживаются короткие замыкания в местах обрыва переходных отверстий, локализованные во внутренних слоях, и почему они исчезают после термообработки?

Инженерное объяснение от RICH FULL JOY

Когда на печатной плате, хранившейся четыре года, внезапно обнаруживаются короткие замыкания, сосредоточенные в местах обрыва переходных отверстий, а результаты тестирования указывают на короткие замыкания во внутренних слоях, и эти короткие замыкания исчезают после термической обработки, механизм отказа редко заключается в образовании постоянного медного мостика.

С точки зрения обеспечения надежности, эта закономерность убедительно указывает на временную проводимость, вызванную влагой и усиленную ионным загрязнением, а не на короткое замыкание внутренних металлических слоев конструкции.

В этой статье явление объясняется ясно и пошагово.

1. Почему короткие замыкания концентрируются в местах открытых переходных отверстий?

В компании RICH FULL JOY открытые переходные отверстия (открытые переходные отверстия без герметизации паяльной маской) рассматриваются как точки проникновения окружающей среды, потому что:

• Медное кольцевое соединение и входное отверстие подвергаются воздействию воздуха.
• В защитной маске для пайки отсутствует барьер, предотвращающий попадание влаги или загрязнений.
• Сквозные отверстия способствуют капиллярному удержанию влажности.
• Открытая медь более склонна к накоплению ионных отложений (отпечатки пальцев, пыль, выделение газов из упаковки, загрязнения при обращении).

В условиях повышенной влажности на отверстии переходного отверстия может образоваться тонкая электролитная пленка (вода + растворенные ионы).

Эта пленка может временно проводить электричество между соседними проводниками или от переходного отверстия к расположенным рядом медным элементам.

Поэтому после длительного хранения открытые переходные отверстия становятся наиболее уязвимыми местами для электрических аномалий, вызванных влажностью.

2. Почему результаты испытаний показывают короткие замыкания как неисправности внутреннего слоя?

Это не означает, что металлические перемычки образуются только внутри печатной платы.

Вместо этого, оно отражает место окончательного замыкания электрического контура:

• В большинстве конструкций наименьшие электрические зазоры расположены во внутренних слоях.
  • расстояние между переходными отверстиями и плоскостью
  • плотная трассировка внутренних слоев вблизи переходных отверстий
• Силовая и заземляющая плоскости имеют очень низкое сопротивление и действуют как естественные «поглотители электрического тока».

Когда влага создает временный проводящий путь вблизи отверстия переходного отверстия или вдоль его стенки, ток утечки часто соединяется с внутренней плоскостью или внутренней дорожкой, что приводит к тому, что тестер сообщает о коротком замыкании во внутреннем слое.

Таким образом, точкой входа является открытое переходное отверстие, а точкой закрытия обычно является медный элемент внутреннего слоя.

3. Почему выпечка устраняет короткое замыкание?

Это ключевой диагностический признак.

В процессе выпекания удаляется впитанная влага из:

• системы смол для печатных плат
• Через интерфейсы
• Поверхностные области вокруг открытых сквозных отверстий

Когда влага испаряется:

• Электролитная пленка разрушается
• Ионные проводящие пути разрываются
• Электрическое сопротивление возвращается к нормальному значению.

Это доказывает, что короткое замыкание было вызвано утечкой тока из-за повышенной влажности, а не постоянным медным мостиком.

Если бы это был металлический мост, то запекание не заставило бы его исчезнуть.

4. Какие механизмы отказов соответствуют такому поведению?

На основе практического опыта RICH FULL JOY наиболее распространенными причинами являются:

• Ионная проводимость, обусловленная влажностью (наиболее вероятный вариант).
  • Временные проводящие пути образуются при взаимодействии влаги с ионными остатками.
• Электрохимическая миграция на ранней стадии (ЭХМ)
  • На ранней стадии проводящие пути зависят от влажности и обратимы.
  • При многократном воздействии влажности и электрического напряжения они могут превратиться в постоянные металлические дендриты.

Это означает, что ваши доски в настоящее время находятся на стадии обратимого риска, но повторное воздействие влаги со временем может привести к необратимому повреждению.

5. Как компания RICH FULL JOY рекомендует контролировать этот риск

Немедленный контроль

• Перед использованием доски следует запечь.
• Проверьте готовность еще раз после выпечки.
• Немедленно запечатайте в вакуумную упаковку с осушителем и индикаторной картой влажности (HIC).

Управление хранением

• Сведите к минимуму время экспозиции открытой капсулы.
• Хранить при низкой влажности.
• Избегайте прикосновения к открытым переходным отверстиям голыми руками.

Улучшение конструкции/технологического процесса (для будущих партий)

• По возможности избегайте открытых переходных отверстий → используйте закрытые переходные отверстия или отверстия с заглушками.
• Увеличьте зазор в зонах переходных отверстий для критически важных сетей.
• Улучшить контроль чистоты для снижения количества ионных остатков.

Заключительное инженерное заключение

Если на печатной плате, хранившейся длительное время, обнаруживаются короткие замыкания в местах обрыва переходных отверстий, которые выглядят как дефекты внутренних слоев, и эти короткие замыкания исчезают после термической обработки, то первопричиной почти наверняка является ионная проводимость, вызванная влагой, а не постоянное внутреннее короткое замыкание меди.

В компании RICH FULL JOY мы рассматриваем это как проблему, связанную с чувствительностью к условиям хранения, которая решается путем контроля влажности, чистоты и упаковки, а не как структурный дефект при производстве печатных плат.