دمای بهینه تست Burn-In برای قابلیت اطمینان PCB: یک راهنمای جامع

تصاویری که توسط مشتری به وجود آمده است

آزمایش سوختگی قهرمان نامشخصی از قابلیت اطمینان PCB است که نقایص پنهان را قبل از اینکه محصولات به مشتریان برسند از بین می برد.تولید کنندگان می توانند اجزای ضعیف را شناسایی کننداما موفقیت بستگی به یک متغیر مهم دارد: دمای پایینو نقص ها پنهان می شونددر اینجا چگونگی تعیین دمای سوزش بهینه برای PCB شما، چه برای یک گوشی هوشمند، ربات صنعتی یا دستگاه پزشکی باشد، توضیح داده شده است.

نکته های کلیدی
a. دمای سوزش باید از حداکثر دمای عملیاتی PCB ها 20-30 °C بیشتر باشد تا تشخیص نقص بدون آسیب رساندن به اجزای آن تسریع شود.
ب.حدود مواد (به عنوان مثال، دمای انتقال شیشه FR-4 ′s، Tg) محدودیت های بالایی را تعیین می کند: PCB های معمولی حداکثر در 125 °C، در حالی که طرح های دمای بالا (PTFE، سرامیک) 150 ′200 °C را تحمل می کنند.
c.استانداردهای صنعتی (AEC-Q100 برای خودرو، IPC-9701 برای استفاده عمومی) محدوده های دمایی را هدایت می کنند: 85 °C برای الکترونیک مصرفی، 125 °C برای خودرو و 130 °C برای هوافضا.
d.مدت تست با دمای مرتبط است: دمای بالاتر (125°C) 24 تا 48 ساعت نیاز دارد، در حالی که محدوده متوسط (85°C) 48 تا 72 ساعت برای نشان دادن نقص نیاز دارد.

تست سوختگی چیست و چرا مهم است
آزمایش سوختگی یک فرآیند تست استرس است که PCB ها را در معرض دماهای بالا، ولتاژ و گاهی اوقات ارتعاش قرار می دهد تا شکست اجزای ضعیف را تسریع کند.هدف آن شناسایی مرگ و میر نوزادان نقص هایی است که باعث شکست زودهنگام (در 10٪ اول عمر یک محصول) می شوند اما توسط چک های استاندارد کیفیت شناسایی نمی شوند..

این نقص ها شامل:
جفت های جوش سرد: پیوندهای ضعیف که تحت فشار حرارتی شکسته می شوند.
ب. تخریب اجزای: خازن های الکترولیتی با الکترولیت های خشک یا نیمه هادی با میکرو ترک.
c. عدم سازگاری مواد: از هم پاشیدن در PCB های چند لایه ای یا ردیابی خوردگی ناشی از بقایای جریان.
بدون سوختگی، چنین نقص هایی منجر به مطالبات گران قیمت تضمین و آسیب به شهرت می شود.یک مطالعه توسط انجمن صنعت الکترونیک (EIA) نشان داد که سوزاندن میزان شکست میدان را 60٪ تا 80٪ در برنامه های کاربردی با قابلیت اطمینان بالا مانند دستگاه های خودرو و پزشکی کاهش می دهد.

علم دما در تست سوختگی
درجه حرارت مهم ترین متغیر در سوختگی است. دمای بالاتر واکنش های شیمیایی و استرس فیزیکی را تسریع می کند و باعث می شود که اجزای ضعیف سریعتر شکست بخورند.يه تعادل ظريف وجود داره:
a.بسیار کم: به اندازه کافی اجزای را تحت فشار قرار نمی دهد و نقص ها را کشف نمی کند.
b.بیش از حد بالا: به اجزای سالم آسیب می رساند (به عنوان مثال، جوشاندن جوش، زیرپوش های جدا کننده) یا PCB را منحرف می کند، ایجاد شکست های جدید.
دمای مطلوب بستگی به سه عامل دارد:
1محدودیت های مواد PCB: دمای انتقال شیشه ای (Tg) بستر (به عنوان مثال FR-4 Tg = 130~170°C) حداکثر دمای ایمن را تعیین می کند.
2محیط استفاده نهایی: سوختن باید حداکثر دمای کار PCB را 20-30 °C افزایش دهد تا پیری طولانی مدت شبیه سازی شود.
3استانداردهای صنعت: دستورالعمل هایی مانند AEC-Q100 (خودروی) و IPC-9701 (عمومی) محدوده های دمایی برای قابلیت اطمینان را مشخص می کنند.

چگونه مواد PCB بر محدودیت های دمایی تاثیر می گذارند
زیربناهای PCB و اجزای آنها دارای آستانه های حرارتی سختگیرانه هستند.

قاعده کلیدی: دمای احتراق باید 10 ≈ 20 ° C پایین تر از کمترین ماده Tg باشد تا از آسیب رساندن به PCB های سالم جلوگیری شود. برای FR-4 استاندارد (Tg = 150 ° C) ، این احتراق را در 130 ° C محدود می کند.

محدوده ی دمای مطلوب با توجه به کاربرد

موارد استفاده از PCB به طور گسترده ای متفاوت است، بنابراین دمای سوزش باید با محیط های عملیاتی آنها هماهنگ شود.

1الکترونیک مصرفی (اسمارتفون ها، تلویزیون ها)
a. محدوده دمای عملیاتی: 0°70°C ( محیط).
b. دمای سوختن مطلوب: 85 ∼ 105 °C.
c. دلیل: از حداکثر دمای کار با 15-35 °C فراتر می رود، بدون آسیب رساندن به قطعات FR-4 (Tg = 130 °C) یا خازن های درجه مصرف کننده (85 °C درجه بندی شده).
d.مدت: 24~48 ساعت. زمان های طولانی تر (72+ ساعت) خطر خشک شدن خازن های الکترولیتیک ارزان قیمت را دارد.
استاندارد: JEDEC JESD22-A108 (توصیه 85 °C/85٪ RH برای 48 ساعت).

2الکترونیک صنعتی (کنترلرهای موتور، سنسورها)
a. محدوده دمای عملیاتی: -20~105°C (پرده های کارخانه، محوطه های بیرونی).
b. دمای سوختن مطلوب: 105 ∼ 125°C.
c.Rationale: تست انعطاف پذیری در شرایط شدید کارخانه. استفاده از FR-4 Tg بالا (Tg = 170 ° C) برای مقاومت در برابر 125 ° C بدون جداسازی.
d.مدت: 48-72 ساعت اجزای صنعتی (به عنوان مثال مقاومت های قدرت) نیاز به فشار طولانی تر برای نشان دادن نقص های پنهان دارند.
c. استاندارد: IPC-9701 (کلاس 2، توصیه می شود 125 °C برای 48 ساعت).

3الکترونیک خودرو (ADAS، ECU)
a. محدوده دمای عملیاتی: -40~125°C (مکان موتور، زیر هود).
b. دمای سوختن مطلوب: 130-150°C.
c.Rationale: شبیه سازی 10+ سال گرمای زیر هود. استفاده از Tg بالا FR-4 (Tg = 170 ° C) یا PCB هسته فلزی (MCPCBs) برای مدیریت 150 ° C.
d.مدت: 48~96 ساعت. سیستم های ایمنی خودرو (به عنوان مثال، کنترل کننده های کوله هوا) نیاز به آزمایش دقیق برای مطابقت با ISO 26262 دارند.
e. استانداردی: AEC-Q100 (درجه 2، 125 °C را برای 1000 چرخه مشخص می کند؛ سوزاندن با این مطابقت دارد).

4دستگاه های پزشکی (تعمیرات، تجهیزات ام آر آی)
a. محدوده دمای عملیاتی: 10-40 °C (مستقیم با بدن) یا -20-60 °C (سیستم های تصویربرداری).
ب. دمای سوختن مطلوب: 60°85°C (مستقیم) یا 85°105°C (تصویر).
c.Rationalization: Implants استفاده از مواد سازگار با زیست محیطی (به عنوان مثال، PEEK substrates) حساس به حرارت بالا؛ سیستم های تصویربرداری نیاز به دمای بالاتر برای فشار منابع برق.
d.مدت: 72-120 ساعت.بررسی طولانی تر قابلیت اطمینان در برنامه های حیاتی را تضمین می کند.
e. استانداردی: ISO 13485 (نیاز به اعتبارسنجی دمای سوخت در مقابل استفاده بالینی دارد).

5هوافضا و دفاع (رادار، هواپیمایی)
a. محدوده دمای عملیاتی: -55~125°C ( محیط های شدید).
ب. دمای سوختن مطلوب: 125°C تا 175°C.
c. دلیل: از زیربناهای با عملکرد بالا (به عنوان مثال PTFE، Tg = 260 °C) برای مقاومت در برابر 175 °C استفاده می کند. تست مقاومت در برابر پیری ناشی از تشعشعات.
d.مدت: 96~168 ساعت (1 هفته). برای سیستم هایی که طول عمر 20 سال و بیشتر دارند بسیار مهم است.
e. استاندارد: MIL-STD-883H (روش 1015، 125 °C را برای 168 ساعت برای دستگاه های کلاس H مشخص می کند).

دمای سوختگی در مقابل مدت زمان: پیدا کردن نقطه مناسب

درجه حرارت و مدت زمان با هم کار می کنند تا نقایص را نشان دهند. دمای بالاتر زمان مورد نیاز را کاهش می دهد، اما تعادل کلیدی است:

اشتباهات متداول که باید از آن اجتناب کنیم
حتی با دستورالعمل ها، اشتباهات در انتخاب دما شایع است:

1. نادیده گرفتن رتبه بندی قطعات
یک PCB با خازن های 85 درجه سانتیگراد نمی تواند به طور ایمن 105 درجه سانتیگراد سوختگی را تجربه کند، حتی اگر بستر (FR-4) اجازه دهد. همیشه ورق داده های قطعات را برای حداکثر دمای کار بررسی کنید.

2. دمای یکنواخت برای تمام لایه ها
در PCB های چند لایه ای، لایه های داخلی گرما را گیر می کنند و به درجه حرارت 5 ~ 10 درجه سانتیگراد بالاتر از سطح می رسند. از مدل سازی حرارتی (به عنوان مثال، ANSYS) استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که لایه های داخلی کمتر از Tg باقی می مانند.

3. امتحانات بعد از سوختن رو رد مي کنم
سوختگی، خرابی ها را شناسایی می کند، اما آزمایش پس از آن (مستمریت الکتریکی، بررسی یکپارچگی سیگنال) تایید می کند که PCB های سالم آسیب دیده نیستند.سوختگی در 125 درجه سانتیگراد می تواند مفاصل جوش را بدون ایجاد خرابی فوری ضعیف کند.

4با چشم به رطوبت
برای PCB ها در محیط های مرطوب (به عنوان مثال، سنسورهای بیرونی) ، ترکیب 85 °C با 85٪ رطوبت نسبی (بر اساس JEDEC JESD22-A110) سرعت خوردگی را افزایش می دهد و مشکلات ردیابی را نشان می دهد.

چگونه دمای سوخت را تایید کنیم
قبل از تولید کامل، دمای انتخاب شده خود را با یک دسته کوچک (1050 PCB) تایید کنید:
1.پیش از آزمایش: انجام آزمایشات الکتریکی (پایش، مقاومت) و بازرسی های بصری.
2. سوزاندن: در دمای مورد نظر برای مدت زمان برنامه ریزی شده اجرا شود.
3بعد از آزمایش: چک های الکتریکی / بصری را تکرار کنید. نرخ شکست را با داده های تاریخی مقایسه کنید.
4.تعدیل: اگر > 5% از PCB ها پس از آزمایش شکست بخورند، دمای 10 °C را کاهش دهید. اگر < 1% شکست بخورند، برای شناسایی نقص های بیشتر 5 ‰ 10 °C را افزایش دهید.

سوالات عمومی
س: آیا سوختگی می تواند به PCB سالم آسیب برساند؟
A: بله، اگر دمای بیش از محدودیت های مواد باشد. به عنوان مثال، سوختن 150 ° C در استاندارد FR-4 (Tg = 130 ° C) باعث می شود 30٪ PCB از لایه برداری، در آزمون IPC. همیشه در زیر Tg بمانید.

س: آیا دمای "یک اندازه برای همه" وجود دارد؟
A: نه. یک PCB تلفن هوشمند (85 درجه سانتیگراد سوختگی) و یک PCB هوافضا (150 درجه سانتیگراد) نیازهای بسیار متفاوتی دارند. با استفاده نهایی و محدودیت های مواد هماهنگ شوید.

س: اگر PCB من دارای اجزای مخلوط باشد (حدود 85 درجه سانتیگراد، حدود 125 درجه سانتیگراد نامگذاری شده) ؟
ج: از پایین ترین درجه حرارت اجزای خود به عنوان حداکثر درجه حرارت خود استفاده کنید. به عنوان مثال، اگر خازن های 85 درجه سانتیگراد با نیمه هادی های 125 درجه سانتیگراد جفت شوند، سوختگی را در 85 درجه سانتیگراد محدود کنید.

س: آیا سوختگی جایگزین سایر آزمایش های قابلیت اطمینان می شود؟
پاسخ: نه. این مکمل آزمایش چرخه حرارتی، لرزش و رطوبت است. سوختگی مرگ و میر نوزادان را تشخیص می دهد؛ آزمایشات دیگر انعطاف پذیری طولانی مدت را تایید می کنند.

نتیجه گیری
دمای احتراق بهینه، تعادل استرس و ایمنی را تضمین می کند، اطمینان حاصل می کند که قطعات ضعیف در طول آزمایش شکست می خورند، نه در زمینه.و استانداردهای صنعتاز این رو، تولید کنندگان می توانند شکست های میدان را به شدت کاهش دهند. چه در آزمایش یک دستگاه مصرفی در 85 درجه سانتیگراد و چه در آزمایش یک سیستم هوافضا در 150 درجه سانتیگراد، هدف یکسان است:ارائه PCB که عملکرد قابل اطمینان برای کل عمر خود را.