دماهای تست سوختگی PCB: راهنمای نهایی برای یافتن نقاط ضعف و افزایش قابلیت اطمینان

تصور کنید که 10،000 PCB ارسال می شود و 500 مورد در عرض 3 ماه شکست می خورند. این کابوس "شکست زودهنگام" هزینه زمان، پول و اعتماد به نام تجاری را دارد. راه حل؟ آزمایش سوخت:یک فرآیند که PCB ها را در دمای بالا فشار می دهد تا اجزای ضعیف را قبل از رسیدن به مشتریان از بین ببرداما مشکل این است: دمای اشتباه را انتخاب کنید، و یا نقایص را از دست می دهید (بیش از حد پایین) یا به تخته های خوب آسیب می رسانید (بیش از حد بالا).

نقطه مناسب؟ 90 °C تا 150 °C ◄ محدوده معتبر با استانداردهای صنعت مانند IPC-9701 و MIL-STD-202. این راهنما نحوه تنظیم دمای کامل سوختگی، چرا انتخاب مواد (به عنوان مثال،مواد FR4 با TG بالا، و چگونه از خطاهای رایج (اضطراب بیش از حد، مدیریت ضعیف حرارتی) جلوگیری کنیم.این نقشه راه شما برای صفر شکست های زودرس و قابلیت اطمینان طولانی مدت است.

نکات کلیدی
1. محدوده دمایی قابل مذاکره نیست: 90 °C ≈ 150 °C تراز تشخیص نقص و ایمنی تخته ≈ زیر 90 °C نقاط ضعیف را از دست می دهد؛ بالاتر از 150 °C خطر آسیب را دارد.
2محدودیت های محرکات مواد: FR4 Tg بالا (Tg ≥150 °C) 125 °C 150 °C را اداره می کند؛ FR4 استاندارد (Tg 130 °C 140 °C) حداکثر در 125 °C برای جلوگیری از انحراف است.
3استانداردهای صنعت شما را راهنمایی می کنند: الکترونیک مصرفی از 90°C تا 125°C استفاده می کند (IPC-9701) ؛ ارتش / فضا نیاز به 125°C تا 150°C دارد (MIL-STD-202).
4.داده ها از حدس زدن بهترند: درجه حرارت، ولتاژ و نرخ شکست را در طول آزمایش پیگیری کنید تا فرآیند شما را بهبود بخشید و اجزای ضعیف را شناسایی کنید.
5مدیریت حرارتی بسیار مهم است: نقاط داغ یا نتایج ضعیف جریان هوا، از حرارتی، ویاس های حرارتی و اتاق های حلقه بسته برای حفظ دمای ثابت استفاده می کنند.

آزمایش سوخت چیست؟ چرا درجه حرارت اهمیت دارد؟
آزمایش سوختگی یک آزمایش استرس برای PCB ها است: آن را به دماهای بالا (و گاهی اوقات ولتاژ) قرار می دهد تا شکست اجزای ضعیف (به عنوان مثال، مفاصل عیب دار جوش،خازن های با کیفیت پایین)هدف: شبیه سازی ماه ها/سال های استفاده در روزها، اطمینان از اینکه تنها قابل اعتمادترین PCB ها به مشتریان می رسند.

درجه حرارت مهم ترین متغیر در اینجا است زیرا:

a. دمای پایین (≤80°C): اجزای را به اندازه کافی فشار ندهید. اجزای ضعیف پنهان می شوند و منجر به شکست های اولیه می شوند.
b. دمای بالا (>150°C): از دمای انتقال شیشه ای PCB (Tg) بیشتر است و باعث انحراف، از هم پاشیدن یا آسیب دائمی به اجزای خوب می شود.
c. محدوده مطلوب (90 °C-150 °C): بخش های ضعیف را بدون آسیب رساندن به تخته های سالم به شکست می رساند که ثابت شده است نرخ شکست اولیه را 70٪ یا بیشتر کاهش می دهد.

محدوده دمای سوزش مطلوب: بر اساس کاربرد و استاندارد
همه PCB ها یکسان ایجاد نمی شوند. دمای احتراق شما به استفاده نهایی، مواد و استانداردهای صنعت PCB بستگی دارد. در زیر تجزیه رایج ترین محدوده ها، که توسط استانداردهای جهانی پشتیبانی می شود، ارائه شده است.

1. محدوده ی دمایی بر اساس صنایع
برنامه های کاربردی مختلف نیاز به سطح های مختلف از قابلیت اطمینان دارد، در اینجا نحوه هماهنگی دمای با مورد استفاده شما:

مثال: یک PCB تلفن هوشمند (الکترونیک مصرفی) 100 °C را برای 16 ساعت استفاده می کند، به اندازه کافی برای افشای میکروچیپ های معیوب بدون آسیب رساندن به صفحه FR4.PCB رادار نظامی برای 72 ساعت به 150 درجه سانتیگراد نیاز دارد تا مطمئن شود که در هواپیماهای جنگنده کار می کند.

2چرا استانداردها اهمیت دارند
پیروی از استانداردهای IPC، MIL-STD یا AEC تنها یک روش ثابت برای جلوگیری از اشتباهات نیست. به عنوان مثال:
a.IPC-9701: استاندارد طلایی برای PCB های مصرف کننده / صنعتی 90 °C ≈ 125 °C را برای تعادل تشخیص نقص و هزینه تنظیم می کند.
b.MIL-STD-202G: نیاز به 125°C-150°C برای تجهیزات نظامی دارد که برای PCB که در جنگ یا فضا نمی توانند شکست بخورند، حیاتی است.
c.AEC-Q100: برای الکترونیک خودرو، 125°C~140°C برای مطابقت با دمای زیر هود لازم است.

عبور از استانداردها خطر بیش از حد آزمایش (تخریب تخته ها) یا کم از حد آزمایش (عيب های گمشده) را دارد.این استانداردها را به صورت کامل دنبال می کند تا اطمینان حاصل شود که هر PCB نیازهای قابلیت اطمینان صنعت خود را برآورده می کند..

چگونه مواد PCB بر محدودیت های دمای سوختگی تاثیر می گذارد
مواد PCB شما ٬ به طور خاص دمای انتقال شیشه ای آن (Tg) ٬ حداکثر دمای سوختن ایمن را تعیین می کند.Tg دمایی است که در آن رزین PCB نرم می شود و قدرت ساختاری خود را از دست می دهد. Tg را در هنگام سوختگی فراتر ببرید، و شما تخته های منحرف یا لایه های جدا شده را خواهید داشت.

1مواد PCB رایج و محدودیت های سوزاندن آنها

قاعده مهم: هرگز بیش از 80٪ از Tg مواد در هنگام سوختن نباشد. به عنوان مثال، FR4 با Tg بالا (Tg 150 ° C) در 120 ° C (80٪ 150 ° C) برای جلوگیری از نرم شدن به اوج می رسد.

2چرا FR4 با Tg بالا یک تغییر دهنده بازی است
برای PCB هایی که به دماهای سوزانشی بالاتر نیاز دارند (به عنوان مثال، خودرو، صنعتی) ، FR4 با TG بالا ضروری است.
a.مقاومت گرما: Tg 150°C ≈ 180°C اجازه می دهد تا آن را به 125°C ≈ 150°C سوختن بدون انحراف تحمل کند.
b. دوام: مقاومت در برابر از هم پاشیدن (جداسازی لایه) تحت فشار برای قابلیت اطمینان طولانی مدت.
c. مقاومت شیمیایی: در برابر روغن ها، مایعات خنک کننده و مواد تمیز کننده (معمولا در استفاده صنعتی / خودرو) مقاومت دارد.

LT CIRCUIT از FR4 با Tg بالا برای 70٪ از PCB های صنعتی / خودرو استفاده می کند که نرخ شکست زودهنگام را در مقایسه با FR4 استاندارد 60٪ کاهش می دهد.

چگونه آزمایش سوختگی باعث افزایش قابلیت اطمینان PCB می شود
آزمایش سوختگی فقط یک "خوب برای داشتن" نیست بلکه یک سرمایه گذاری در قابلیت اطمینان است. در اینجا چگونگی تاثیر آن بر عملکرد PCB شما، هم در کوتاه مدت و هم در دراز مدت است.

1تشخیص زودهنگام خرابی ها: پیش از اینکه نقص ها ارسال شوند متوقف شوند
منحنی وان حمام یک کلاسیک قابلیت اطمینان است: PCB ها دارای نرخ شکست زودهنگام بالا (بخش های ضعیف) ، سپس یک دوره طولانی از استفاده پایدار، سپس شکست دیر (پوشیدن و پارگی) هستند.آزمایش سوختگی، مرحله شکست اولیه را با::
a.برگرفتن اجزای ضعیف: مفاصل جوش ناقص، خازن های با کیفیت پایین، یا ویاس های اشتباه در زیر 90 °C ≈ 150 °C قبل از رسیدن PCB به مشتری شکست می خورند.
ب.کاهش مطالبات تضمین: مطالعه ای که توسط IPC انجام شد نشان داد که آزمایش سوختگی هزینه های تضمین را برای الکترونیک مصرفی 50٪ تا 70٪ کاهش می دهد.

مطالعه موردی: یک سازنده لپ تاپ به فرآیند PCB خود سوختگی 100 درجه سانتیگراد در 24 ساعت اضافه کرد. نرخ شکست های اولیه از 5٪ به 0.5٪ کاهش یافت و سالانه 200،000 دلار در تعمیرات تضمین صرفه جویی کرد.

2عملکرد بلند مدت: اثبات دوام
آزمایش سوختگی نه تنها نقص ها را تشخیص می دهد بلکه تأیید می کند که PCB شما دوام می آورد. با شبیه سازی سال های استرس حرارتی، می توانید:
a.تجربه دوام مفاصل جوش: چرخه حرارتی (بخشی از سوختگی برای برخی صنایع) خستگی در مفاصل جوش را نشان می دهد که برای PCB ها در محیط های نوسان دمایی (به عنوان مثال، اتومبیل ها،سنسورهای بیرونی).
ب.ثبات مواد را بررسی کنید: FR4 با Tg بالا باید در 125 درجه سانتیگراد سفت بماند؛ اگر منحرف شود، می دانید که مواد کمتر از حد معمول است.
c. طراحی را بهینه کنید: اگر PCB در 130 درجه سانتیگراد شکست بخورد، می توانید ویاس های حرارتی را اضافه کنید یا اجزای داغ را برای بهبود تبعید گرما تغییر مکان دهید.

3بهبود مبتنی بر داده
هر آزمون سوختگي داده هاي ارزشمندي به ارمغان مياره
حالت شکست: آیا خازن ها اغلب شکست می خورند؟ آیا مفاصل جوش در 140 درجه سانتیگراد ترک می کنند؟ این به شما می گوید که در کجا باید BOM یا طراحی خود را بهبود بخشید.
ب.سطح های دمایی: اگر 125 درجه سانتیگراد باعث 2 درصد شکست شود، اما 120 درجه سانتیگراد باعث 0.5 درصد شود، می توانید برای بهره وری بهتر به 120 درجه سانتیگراد تنظیم کنید.
c.کیفیت قطعات: اگر یک دسته از مقاومت ها به طور مداوم شکست بخورند، می توانید تامین کنندگان را تغییر دهید قبل از اینکه PCB های بیشتری را خراب کنند.
LT CIRCUIT از این داده ها برای بهبود فرآیندهای خود استفاده می کند: به عنوان مثال، پس از پیدا کردن این که 135 ° C باعث از هم پاشیدن در FR4 استاندارد می شود، برای سفارشات صنعتی به FR4 Tg بالا تغییر می کند.

چگونگی تعیین دمای مناسب سوختن برای PCB
انتخاب دمای مناسب حدس زدن نیست بلکه یک فرآیند مرحله به مرحله است که مواد، کاربرد و استانداردهای PCB شما را در نظر می گیرد.

مرحله 1: با مواد PCB خود شروع کنید
Tg مواد شما اولین محدوده است. از این فرمول برای تنظیم حداکثر ایمنی استفاده کنید:
حداکثر دمای سوزش = 80٪ از مواد Tg

مثال: PCB ساخته شده با 150 °C Tg FR4 نباید بیش از 120 °C در هنگام سوختن باشد. محدوده امن 100 °C ≈ 120 °C است.

مرحله ۲: تطابق با استانداردهای صنعت
استاندارد درخواست شما دامنه را بیشتر محدود می کند. به عنوان مثال:
a.الکترونیک مصرفی (IPC-9701): حتی اگر مواد شما می توانند 120 درجه سانتیگراد را تحمل کنند، به 90 درجه سانتیگراد 125 درجه سانتیگراد پایبند باشید تا از آزمایش بیش از حد جلوگیری شود.
b.نظامی (MIL-STD-202G): شما نیاز به 125°C150°C دارید بنابراین شما باید از FR4 یا پلی آمید Tg بالا استفاده کنید.

مرحله سوم: تست و تصفیه با داده ها
هيچ فرآيندي کامل نيست اول يه دسته کوچيک رو آزمايش کنيد و بعدش تعديل کنيد:
a.یک آزمایش آزمایشی انجام دهید: 50-100 PCB را در نقطه وسط محدوده خود آزمایش کنید (به عنوان مثال، 110 °C برای 90 °C 125 °C).
ب.شکست های مسیر: چند PCB شکست می خورند؟ علت آن چیست (پودر، قطعات، مواد) ؟
c. دمای را تنظیم کنید: اگر هیچ نقصی وجود نداشته باشد، آن را 10 °C افزایش دهید (برای تشخیص نقص های بیشتر).
d. با تصویربرداری حرارتی تأیید کنید: اطمینان حاصل کنید که هیچ نقطه داغ (به عنوان مثال، تنظیم کننده ولتاژ 160 °C را در حالی که بقیه صفحه 120 °C است) ✓ این بدان معنی است که مدیریت حرارتی ضعیف است، نه اجزای ضعیف.

مرحله ۴: تعادل بین ایمنی و هزینه
تست سوختگی هزینه زمان و پول دارد
a.الکترونیک مصرفی: 90 درجه برای 8 ساعت برای دستگاه های کم خطر (به عنوان مثال کنترل از راه دور) کافی است.
b.باوری بالا: 150 درجه سانتیگراد برای 72 ساعت برای PCB های هوافضا ارزش دارد (یک شکست ممکن است بیش از 1 میلیون دلار هزینه داشته باشد).

تنظیم آزمایش سوخته: نکات برای دقت و ایمنی
حتی دمای مناسب اگر تنظیمات آزمایش شما ناقص باشد، کمک نخواهد کرد. این نکات را برای اطمینان از نتایج قابل اعتماد دنبال کنید.

1. کنترل دما: از نقاط داغ دوری کنید
نقاط داغ (مناطق 10°C+ گرمتر از بقیه صفحه) نتایج را تحریف می کنند: در اینجا نحوه جلوگیری از آنها وجود دارد:
a.از یک اتاق حلقه بسته استفاده کنید: این اتاق ها درجه حرارت را در حدود ±2°C بسیار بهتر از اجاق های باز (±5°C) حفظ می کنند.
ب.از طریق های حرارتی استفاده کنید: برای PCB هایی که دارای اجزای داغ هستند (به عنوان مثال تنظیم کننده ولتاژ) ، از طریق های حرارتی به لایه های دیگر گرما پخش می شود.
ج. اجزای را به دقت قرار دهید: اجزای تولید کننده گرما (به عنوان مثال LED ها، میکرو پروسسورها) را از اجزای حساس (به عنوان مثال سنسورها) دور نگه دارید.
د.از بخاری های حرارتی استفاده کنید: برای PCB های با قدرت بالا، بخاری های حرارتی را به اجزای داغ متصل کنید تا دمای اتصال را کنترل کنید.

نکته ابزار: استفاده از یک دوربین تصویربرداری حرارتی در طول آزمایش برای شناسایی نقاط داغ ✓ LT CIRCUIT این کار را برای هر دسته انجام می دهد تا یکسانی را تضمین کند.

2جمع آوری اطلاعات: همه چیز را ردیابی کنید
شما نمی توانید چیزی را که اندازه گیری نمی کنید بهبود بخشید. این معیارهای کلیدی را جمع آوری کنید:
a. دمای: هر 5 دقیقه یکبار برای اطمینان از ثبات ثبت کنید.
ب. ولتاژ/ جریان: واردات قدرت را برای تشخیص کشش های غیرطبیعی (یک نشانه از خرابی قطعات) کنترل کنید.
c. نرخ شکست: ردیابی اینکه چند PCB شکست می خورند، چه زمانی (به عنوان مثال، 12 ساعت در آزمایش) ، و چرا (به عنوان مثال، خفیف خازن).
د.داده های قطعات: ثبت کنید که کدام قطعات اغلب شکست می خورند

از نرم افزاری مانند Minitab یا Excel برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده کنید: به عنوان مثال، نمودار ویبول می تواند نشان دهد که چگونه نرخ شکست با دمای تغییر می کند، به شما کمک می کند تا محدوده مطلوب را تنظیم کنید.

3ایمنی: از استرس بیش از حد اجتناب کنید
فشار بیش از حد (بررسی فراتر از محدودیت های PCB) به تخته های خوب آسیب می رساند. در اینجا نحوه جلوگیری از آن وجود دارد:
a. هرگز از Tg تجاوز نکنید: FR4 استاندارد (130 °C Tg) هرگز نباید 140 °C را مشاهده کند.
ب. دمای رامپ به آرامی: برای جلوگیری از شوک حرارتی (تغییرات سریع دمای ترک مفاصل جوش) ، در هر ساعت 10 درجه سانتیگراد افزایش یابد.
c. مشخصات قطعات را دنبال کنید: یک خازن با درجه حرارت 125 درجه سانتیگراد نباید در درجه حرارت 150 درجه سانتیگراد آزمایش شود حتی اگر مواد PCB بتوانند آن را تحمل کنند.

چالش های رایج و راه حل آن ها
آزمایش سوختگی دارای مشکلات است اما با برنامه ریزی مناسب از آنها اجتناب می شود.
1فشار بیش از حد: آسیب رساندن به PCB های خوب
مشکل: آزمایش در 160 درجه سانتیگراد (بالاتر از FR4 ̊S با Tg بالا 150 درجه سانتیگراد) باعث از هم پاشیدن یا انحراف می شود.
راه حل:
a. همیشه قبل از تنظیم دمای مواد Tg را بررسی کنید.
b.استفاده از قاعده 80٪ Tg (حرارتی حداکثر = 0.8 × Tg).
c. دمای رامپ به آرامی (10°C/ساعت) برای جلوگیری از شوک حرارتی.

2تست کم: کمبود اجزای ضعیف
مشکل: آزمایش در ۸۰ درجه سانتیگراد (کمتر از ۹۰ درجه سانتیگراد) باعث می شود که خازن های ضعیف یا مفاصل جوش پنهان شوند.
راه حل:
a. برای الکترونیک مصرفی در درجه 90 درجه سانتیگراد شروع شود؛ برای قابلیت اطمینان بالا در درجه 125 درجه سانتیگراد.
اگر نمی توانید دمای بدن را افزایش دهید مدت زمان آزمایش را افزایش دهید (به عنوان مثال، 48 ساعت در 90 درجه سانتیگراد به جای 24 ساعت).

3مدیریت ضعیف حرارتی: نتایج منحرف
مشکل: یک تنظیم کننده ولتاژ 150 درجه سانتیگراد را می گیرد در حالی که بقیه صفحه 120 درجه سانتیگراد است. شما نمی توانید بگویید که آیا خرابی از اجزای ضعیف یا نقاط داغ است.
راه حل:
a.از لوله های حرارتی و حرارتی برای پخش گرما استفاده کنید.
ب.بررسی با دوربین تصویربرداری حرارتی برای شناسایی نقاط داغ.
ج.تغییر مکان اجزای داغ در طرح های آینده برای بهبود توزیع گرما.

4. هزینه های بیش از حد: تست بیش از حد طولانی
مشکل: انجام آزمایشات 72 ساعته برای وسایل الکترونیکی مصرفی (غیرضروری) هزینه ها را افزایش می دهد.
راه حل:
a. از استانداردهای صنعت پیروی کنید: برای مصرف کننده 8 تا 24 ساعت، برای صنعت 48 تا 72 ساعت.
ب.در صورت لزوم استفاده از سوختگی سریع (در دمای بالاتر برای مدت زمان کوتاه تر) (به عنوان مثال، 125 درجه سانتیگراد برای 16 ساعت به جای 90 درجه سانتیگراد برای 48 ساعت).

سوالات متداول: پاسخ به سوالات شما در مورد دمای سوختگی
1مي تونم براي تمام PCB هايم از همين درجه حرارت استفاده کنم؟
درجه حرارت بستگی به مواد (Tg) و کاربرد دارد. PCB تلفن هوشمند (FR4 استاندارد) نیاز به 90 ° C ≈ 100 ° C دارد. PCB نظامی (پولیامید) نیاز به 125 ° C ≈ 150 ° C دارد.

2تست سوختگي چقدر طول مي کشه؟
a.الکترونیک مصرفی: 8 ٪ 24 ساعت.
ب.صنعتي: 24-48 ساعت.
ج.نظام نظامی/هوافضا: 48-120 ساعت.
تست طولانی تر همیشه بهتر نیست تا اینکه نرخ شکست (بدون نقص های جدید) به فلات برسد.

3اگه PCB من قطعاتي با درجه حرارت متفاوت داشته باشه چي؟
به عنوان مثال، اگر مواد PCB شما می توانند 125 درجه سانتیگراد را تحمل کنند اما یک خازن برای 105 درجه سانتیگراد درجه بندی شده است، در 90 درجه سانتیگراد 100 درجه سانتیگراد آزمایش کنید.

4آیا برای PCB های ارزان قیمت (به عنوان مثال اسباب بازی ها) نیاز به آزمایش سوختگی دارم؟
این بستگی به ریسک دارد. اگر شکست باعث آسیب شود (به عنوان مثال، یک اسباب بازی با باتری) ، بله. برای PCB های غیر حیاتی، شما ممکن است آن را رها کنید، اما نرخ بازگشت بالاتر را انتظار داشته باشید.

5. چگونه LT CIRCUIT آزمایش دقیق سوختگی را تضمین می کند؟
LT CIRCUIT از اتاق های حلقه بسته (کنترل ± 2 ° C) ، تصویربرداری حرارتی و رعایت دقیق استانداردهای IPC / MIL-STD استفاده می کند.

نتیجه گیری: دمای سوختگی، سلاح مخفی اعتماد شما است
انتخاب دمای درست سوختن ۰۹۰°C ۰۱۵۰°C، مطابق با Tg مواد و استانداردهای صنعت، فقط یک مرحله در تولید نیست. این یک وعده به مشتریان شما است:امروز و فردا.

با پیروی از مراحل این راهنما، با استفاده از مواد Tg شروع می شود، با استانداردها مطابقت دارد، با داده ها آزمایش می شود و از فشار بیش از حد اجتناب می شود، شما شکست های زودرس را از بین می برید، هزینه های گارانتی را کاهش می دهید،و شهرت قابل اعتمادی بسازیم. چه شما یک ساعت هوشمند یا یک سی پی یو ماهواره ای را بسازید، دمای درست سوختن به "به اندازه کافی خوب" تبدیل می شود تا "برای مدت طولانی ساخته شود".

به یاد داشته باشید: آزمایش سوختگی یک هزینه نیست بلکه یک سرمایه گذاری است. زمان صرف شده برای تنظیم دمای مناسب امروز شما را از بازگشت گران قیمت و مشتریان ناراضی فردا نجات می دهد.با تخصص LT CIRCUIT در مواد با Tg بالا و آزمایش مطابق با استاندارد، شما می توانید به PCB های خود اعتماد کنید تا آزمایش سوختگی و آزمایش زمان را پشت سر بگذارند.