Temperatury testów wygrzewania PCB: Najlepszy przewodnik po znajdowaniu słabych punktów i zwiększaniu niezawodności

Wyobraź sobie, że wysyłasz 10 000 PCB tylko po to, by 500 nie działało w ciągu 3 miesięcy.proces, w którym PCB są poddawane obciążeniu w podwyższonych temperaturach w celu usunięcia słabych składników przed dotarciem do klientówAle jest tu haczyk: wybierz niewłaściwą temperaturę, a albo przegapisz wady (zbyt niskie), albo uszkodzić dobre deski (zbyt wysokie).

Wskazówka ta opisuje, jak ustawić idealną temperaturę spalania, dlaczego wybór materiału (np.materiały o wysokim Tg FR4), jak uniknąć powszechnych pułapek (nadciśnienie, słabe zarządzanie cieplne).To mapa drogowa do zero wczesnych awarii i długotrwałej niezawodności..

Kluczowe wnioski
1Zakres temperatur nie podlega negocjacji: 90°C-150°C równoważy wykrywanie wad i bezpieczeństwo deski.
2.Ograniczenia napędów materiałowych: FR4 o wysokim Tg (Tg ≥150°C) obsługuje temperaturę 125°C-150°C; standardowy FR4 (Tg 130°C-140°C) osiąga maksymalną temperaturę 125°C, aby uniknąć wypaczenia.
3Standardy przemysłowe wskazują drogę: elektronika użytkowa wykorzystuje temperaturę 90°C/125°C (IPC-9701); wojskowo-kosmiczna potrzebuje temperatury 125°C/150°C (MIL-STD-202).
4.Dane pokonają przypuszczenia: śledź temperaturę, napięcie i wskaźniki awarii podczas testowania, aby udoskonalić proces i wykryć słabsze komponenty.
5Zarządzanie cieplne ma kluczowe znaczenie: w gorących miejscach lub w przypadku słabego przepływu powietrza stosuje się zlewniki ciepła, przewody cieplne i komory zamknięte, aby utrzymać stałą temperaturę.

Co to jest badanie spalinowe?
Badanie spalania to “test naprężeniowy” dla płyt PCB: wystawia deski na podwyższoną temperaturę (a czasami napięcie) w celu przyspieszenia awarii słabych komponentów (np. wadliwych złączy lutowych,kondensatory niskiej jakości)Celem jest symulowanie miesięcy/lat użytkowania w ciągu kilku dni, zapewniając, że tylko najbardziej niezawodne PCB dotrą do klientów.

Temperatura jest tutaj najważniejszą zmienną, ponieważ:

a.Niskie temperatury (≤80°C): Nie wywierają wystarczającej obciążenia na elementy, a słabsze elementy pozostają ukryte, co prowadzi do wczesnych awarii pola.
b. Wysokie temperatury (> 150°C): przekraczają temperaturę przejściową szkła PCB (Tg), powodując deformację, delaminację lub trwałe uszkodzenie dobrych komponentów.
c.Optymalny zakres (90°C-150°C): wystrasza słabe części do awarii bez uszkodzenia zdrowych desek, co udowodniło, że zmniejsza wczesny wskaźnik awarii o 70% lub więcej.

Optymalny zakres temperatury spalania: według zastosowania i normy
Nie wszystkie PCB są tworzone jednakowo.Temperatura spalania zależy od końcowego użytku, materiałów i standardów przemysłowych PCB.Poniżej przedstawiono najczęstsze zakresy, poparte międzynarodowymi standardami.

1Zakresy temperatur w poszczególnych branżach
Różne zastosowania wymagają różnych poziomów niezawodności. Oto, jak dostosować temperaturę do sytuacji użytkowania:

Przykład: PCB smartfona (elektronika użytkowa) wykorzystuje temperaturę 100°C przez 16 godzin, co jest wystarczające, aby ujawnić wadliwe mikroczipy bez uszkodzenia płyty FR4.Wojskowy radar PCB potrzebuje 150 ° C przez 72 godziny, aby zapewnić, że działa w samolotach myśliwskich.

2Dlaczego ważne są normy
Zgodność z normami IPC, MIL-STD lub AEC to nie tylko biurokracja, to sprawdzony sposób na uniknięcie błędów.
a.IPC-9701: Złoty standard dla PCB konsumenckich/przemysłowych określa temperaturę 90°C/125°C w celu zrównoważenia wykrywania wad i kosztów.
b.MIL-STD-202G: Wymaganie 125°C-150°C dla sprzętu wojskowego, kluczowe dla PCB, które nie mogą ulec awarii w czasie walki lub w kosmosie.
c.AEC-Q100: W przypadku elektroniki motoryzacyjnej wymagane jest 125°C/140°C, aby dopasować temperaturę pod maską.

Przesunięcie standardów wiąże się z ryzykiem nadmiernych testów (szkodzenia płyt) lub niedostatecznych testów (brakujące wady).spełnia te normy w sposób doskonały, zapewniając, że każdy PCB spełnia wymagania w zakresie niezawodności jego przemysłu.

W jaki sposób materiały PCB wpływają na ograniczenia temperatury spalania
Materiał PCB, a zwłaszcza jego temperatura przejścia szklanej (Tg) określa maksymalną bezpieczną temperaturę spalania.Tg jest temperaturą, w której żywica PCB ∆ zmiękcza się i traci wytrzymałość strukturalnąW przypadku przekroczenia Tg podczas spalania, otrzymuje się zniekształcone deski lub warstwy delaminatowane.

1. Powszechne materiały PCB i ich granice spalania

Krytyczna zasada: nigdy nie przekraczać 80% Tg materiału podczas spalania.

2Dlaczego FR4 o wysokim poziomie temperatury zmienia zasady gry
W przypadku PCB, które wymagają wyższych temperatur spalania (np. samochodowe, przemysłowe), FR4 o wysokim Tg jest konieczne.
a. Odporność na ciepło: Tg 150°C ≈ 180°C pozwala na radzenie sobie z spaleniem w temperaturze 125°C ≈ 150°C bez wypaczenia.
b. Trwałość: odporność na delaminację (oddzielenie warstw) w warunkach naprężenia, kluczowa dla długotrwałej niezawodności.
c. Odporność chemiczna: Odporność na oleje, środki chłodzące i środki czyszczące (często stosowane w przemyśle i motoryzacji).

LT CIRCUIT wykorzystuje FR4 o wysokim Tg w 70% swoich PCB przemysłowych/samochodowych, zmniejszając wczesne wskaźniki awarii o 60% w porównaniu ze standardowym FR4.

W jaki sposób badania spalania zwiększają niezawodność PCB
Badanie spalania nie jest tylko "przyjemnym rozwiązaniem", ale inwestycją w niezawodność.

1Wczesne wykrywanie usterek: zatrzymanie usterek przed wysyłką
Krzywa ′′kupa ′′ jest klasykiem niezawodności: PCB mają wysoki wskaźnik wczesnej awarii (słabych komponentów), a następnie długi okres stabilnego użytkowania, a następnie późną awarię (zniszczenie).Badanie spalania eliminuje wczesną fazę awarii poprzez::
a.Strażujące słabe elementy: wadliwe złącza lutownicze, kondensatory niskiej jakości lub niewłaściwie ustawione przewody nie działają w temperaturze poniżej 90°C ≈ 150°C ≈ zanim PCB dotrze do klienta.
b.Zmniejszenie roszczeń gwarancyjnych: Badanie przeprowadzone przez IPC wykazało, że testowanie spalania obniża koszty gwarancji o 50%/70% w przypadku elektroniki użytkowej.

Badanie przypadku: Producent laptopa dodał do procesu tworzenia płyt PCB 100°C w ciągu 24 godzin.

2. Długoterminowa wydajność: potwierdzenie trwałości
Badania spalania nie tylko wykrywają wady, ale potwierdzają, że PCB będzie trwały.
a.Próba trwałości złączy lutowych: cykle termiczne (część spalania w niektórych gałęziach przemysłu) ujawniają zmęczenie złączy lutowych, które jest krytyczne dla PCB w warunkach o zmiennej temperaturze (np. samochody,czujniki zewnętrzne).
b. Sprawdź stabilność materiału: FR4 o wysokim Tg powinien pozostać sztywny w temperaturze 125°C; jeśli się wypaczy, wiesz, że materiał jest nieprzeciętny.
c.Optymalizacja konstrukcji: jeśli PCB ulega awarii w temperaturze 130°C, można dodać przewody termiczne lub przenieść gorące komponenty w celu poprawy rozpraszania ciepła.

3Poprawa oparta na danych
Każdy test wypalenia generuje cenne dane:
a.Sposoby awarii: Czy kondensatory awariują najczęściej? Czy złącza lutowe pękają w temperaturze 140°C?
b.Progi temperatury: Jeśli temperatury 125°C powodują awarię o 2%, ale temperatury 120°C powodują awarię o 0,5%, można dostosować do temperatury 120°C w celu uzyskania lepszej wydajności.
c. Jakość komponentów: Jeśli seria rezystorów nie działa konsekwentnie, można zmienić dostawcę, zanim zniszczy więcej PCB.
LT CIRCUIT wykorzystuje te dane do udoskonalenia swoich procesów: na przykład po stwierdzeniu, że 135 °C powodowało delaminację w standardowym FR4, przełączyła się na FR4 o wysokim Tg dla zamówień przemysłowych, eliminując ten problem.

Jak określić odpowiednią temperaturę spalania PCB
Wybór idealnej temperatury to nie tylko próba domysłu, ale krok po kroku proces, który uwzględnia materiał, zastosowanie i standardy PCB.

Krok 1: Zacznij od Tg materiału PCB
Twój materiał ≈ Tg jest pierwszym ograniczeniem. Użyj tego wzoru do ustawienia maksymalnej bezpieczeństwa:
Maksymalna temperatura spalania = 80% materiału Tg

Przykład: PCB wykonany z temperaturą 150°C Tg FR4 nie powinien przekraczać 120°C podczas spalania.

Krok 2: Zgodność z normami branżowymi
Standardy Twojej aplikacji będą jeszcze bardziej zawężały zakres.
a. Elektronika użytkowa (IPC-9701): Nawet jeśli materiał może radzić sobie z temperaturą 120°C, należy trzymać się temperatury 90°C-125°C, aby uniknąć nadmiernego testowania.
b.Wojskowe (MIL-STD-202G): potrzebujesz 125°C-150°C, więc musisz użyć FR4 o wysokim Tg lub poliamid.

Krok 3: Testowanie i dopracowywanie danych
Żaden proces nie jest doskonały. Najpierw przetestuj małą partię, a następnie dostosuj:
a.Wykonaj test pilotażowy: przetestuj 50-100 PCB w środkowym punkcie zakresu (np. 110°C dla 90°C/125°C).
b.Upadki ścieżek: ile PCB uległo awarii?Jaka jest przyczyna (poławka, komponent, materiał)?
c.Prawidłowość temperatury: jeśli nie występują awarie, podnieś ją o 10°C (aby wykryć więcej wad).
d.Weryfikuj za pomocą obrazowania termicznego: Upewnij się, że nie ma gorących punktów (np. regulator napięcia osiąga 160°C, podczas gdy reszta deski jest 120°C).

Krok 4: Równowaga między bezpieczeństwem a kosztami
Badania typu "burn-in" kosztują czas i pieniądze.
a.elektronika użytkowa: 90°C przez 8 godzin jest wystarczające dla urządzeń o niskim ryzyku (np. pilota).
b. Wysoka niezawodność: 150 °C przez 72 godziny jest warte tego dla PCB lotniczych (jedna awaria może kosztować ponad 1 milion dolarów).

Ustawienie badań typu Burn-In: wskazówki dotyczące dokładności i bezpieczeństwa
Nawet prawidłowa temperatura nie pomoże, jeśli ustawienie testu jest błędne.

1. Kontrola temperatury: unikaj gorących punktów
Górne punkty (obszary o temperaturze 10°C+ wyższej niż reszta deski) zakłócają wyniki: oto, jak ich zapobiec:
a.Używanie komory zamkniętej: Komory te utrzymują temperaturę w zakresie ±2°C o wiele lepiej niż otwarte pieca (±5°C).
b. Dodawanie dróg termicznych: w przypadku płyt PCB z gorącymi elementami (np. regulatorami napięcia) drogi termiczne rozprowadzają ciepło do innych warstw.
c. Uwaga w pozycji części: Utrzymać części wytwarzające ciepło (np. diody LED, mikroprocesory) z dala od czułych części (np. czujników).
d. Używanie rozładowarek cieplnych: W przypadku PCB o dużej mocy należy dołączyć rozładowarki cieplne do gorących komponentów w celu utrzymania temperatury połączenia w stanie szczelnym.

Wskazówka dotycząca narzędzia: podczas badania należy użyć kamery termicznej do wykrywania gorących punktów  LT CIRCUIT wykonuje to dla każdej partii w celu zapewnienia jednolitości.

2Zbieranie danych: śledzenie wszystkiego
Nie możesz poprawić tego, czego nie mierzysz.
a.Temperatura: loguj co 5 minut w celu zapewnienia spójności.
b. Napięcie/prąd: monitorowanie wprowadzania mocy w celu wykrycia nieprawidłowych poborów (oznakę awarii elementu).
c.Poziom awarii: śledzić, ile PCB nie działa, kiedy (np. 12 godzin po rozpoczęciu badania) i dlaczego (np. krótki czas pracy kondensatora).
d. Dane dotyczące komponentów: zapisywanie, które komponenty częściej nie działają, pomaga w razie potrzeby zmienić dostawcę.

Wykorzystaj oprogramowanie takie jak Minitab lub Excel do analizy danych: na przykład wykres Weibulla może pokazać, jak wskaźniki awarii zmieniają się w zależności od temperatury, pomagając ustawić optymalny zakres.

3Bezpieczeństwo: unikanie nadmiernego stresu
Nadmierne obciążenie (testowanie w zakresie przekraczającym granice PCB) niszczy dobre deski. Oto, jak tego uniknąć:
a.Nigdy nie przekracza Tg: standardowy FR4 (130°C Tg) nigdy nie powinien osiągać 140°C.
b. Temperatura na rampie powoli: zwiększanie o 10°C na godzinę w celu uniknięcia wstrząsu cieplnego (szybkie zmiany temperatury pęknięcia złączy lutowych).
c. Należy przestrzegać specyfikacji komponentów: Kondensator o temperaturze 125°C nie powinien być testowany w temperaturze 150°C, nawet jeśli materiał PCB może go obsłużyć.

Częste problemy związane z wypaleniem się i jak je rozwiązać
Badania typu "burn-in" mają swoje zagrożenia, ale z odpowiednim planowaniem można ich łatwo uniknąć.
1Nadmiar stresu: uszkodzenie dobrych PCB
Problem: Badanie w temperaturze 160°C (powyżej 150°C Tg FR4+s o wysokim Tg) powoduje delaminację lub wypaczanie.
Naprawa:
a.Zawsze sprawdzaj Tg materiału przed ustawieniem temperatury.
b.Używać zasady 80% Tg (maksymalna temperatura = 0,8 × Tg).
c. Temperatura ramy powolna (10°C/godzinę) w celu uniknięcia wstrząsu cieplnego.

2Brak słabych elementów.
Problem: Badanie w temperaturze 80°C (poniżej 90°C) pozostawia ukryte słabe kondensatory lub złącza lutowe.
Naprawa:
a.Początek w temperaturze 90°C w przypadku elektroniki użytkowej; 125°C w przypadku wysokiej niezawodności.
Jeśli nie można podnieść temperatury, przedłuż czas trwania badania (np. 48 godzin w temperaturze 90°C zamiast 24 godzin).

3Słabe zarządzanie cieplne: wyniki zakłócone
Problem: Regulator napięcia osiąga 150°C, podczas gdy reszta deski jest 120°C. Nie można powiedzieć, czy awarie są spowodowane słabymi komponentami czy gorącymi punktami.
Naprawa:
a. Używać przewodów cieplnych i zlewek cieplnych do rozpraszania ciepła.
b. Badanie za pomocą kamery termicznej w celu wykrycia gorących punktów.
c. Przeniesienie gorących elementów do przyszłych projektów w celu poprawy rozkładu ciepła.

4Przekroczenie kosztów: przetestowanie zbyt długo
Problem: Prowadzenie 72-godzinnych testów (niepotrzebnych) w zakresie elektroniki użytkowej zwiększa koszty.
Naprawa:
a. Postępuj zgodnie ze standardami branżowymi: 8-24 godziny dla konsumentów, 48-72 godziny dla przemysłu.
b. W razie potrzeby należy stosować proces “przyspieszonego spalania” (wyższa temperatura przez krótszy czas) (np. 125°C przez 16 godzin zamiast 90°C przez 48 godzin).

FAQ: Odpowiedzi na pytania dotyczące temperatury spalania
1Czy mogę użyć tej samej temperatury dla wszystkich moich PCB?
Nie, temperatura zależy od materiału (Tg) i zastosowania. PCB dla smartfonów (standardowy FR4) potrzebuje 90°C-100°C; PCB wojskowy (poliamid) potrzebuje 125°C-150°C.

2- Jak długo powinien trwać test?
a.Produkty elektroniczne użytkownika: 8-24 godziny.
b.Industrialne: 24 do 48 godzin.
c. Wojskowo-kosmiczne: 48-120 godzin.
Dłuższy test nie zawsze jest lepszy, dopóki wskaźniki niepowodzeń nie osiągną płaskowyżu (bez nowych wad).

3Co jeśli mój PCB ma komponenty o różnych temperaturach?
Na przykład, jeśli materiał PCB może obsłużyć temperaturę 125 °C, ale kondensator jest przeznaczony do 105 °C, sprawdź w temperaturze 90 °C ∼100 °C.

4. Czy potrzebne są testy spalinowe na tanie PCB (np. zabawki)?
Jeśli awaria spowodowałaby szkodę (np. zabawka z baterią), tak. W przypadku niekrytycznych PCB można ją pominąć, ale spodziewać się wyższych wskaźników zwrotu.

5Jak LT CIRCUIT zapewnia dokładne badania spalania?
LT CIRCUIT wykorzystuje komory zamknięte (kontrola ± 2 ° C), obrazowanie termiczne i ścisłe przestrzeganie standardów IPC / MIL-STD. Każda partia jest testowana w trybie pilotażowym w celu zweryfikowania temperatury i czasu trwania.

Podsumowanie: Gorąca temperatura jest tajną bronią niezawodności
Wybór odpowiedniej temperatury spalania ≈90°C ≈150°C, zgodnej z temperaturą Tg materiału ≈ 150°C i normami branżowymi ≈ nie jest tylko krokiem w produkcji.Dzisiaj i jutro..??

Wykonując kroki zawarte w niniejszym przewodniku, zaczynając od materiału Tg, dostosowując go do norm, testując z wykorzystaniem danych i unikając nadmiernego obciążenia, można wyeliminować wczesne awarie, obniżyć koszty gwarancji,i budować reputację wiarygodnościNiezależnie od tego, czy produkujesz zegarek inteligentny czy płytę PCB satelitarną, odpowiednia temperatura spalania przekształca się w "wystarczająco dobrą" w "budowaną do trwania".

Zapamiętaj: testowanie w oparciu nie jest wydatkiem, ale inwestycją. Czas, który spędzasz na ustawianiu idealnej temperatury dzisiaj, zaoszczędzi Ci kosztownych wycofań i niezadowolonych klientów jutro.Z doświadczeniem LT CIRCUIT w materiałach o wysokim Tg i testowaniu zgodności z normami, możesz ufać, że twoje PCB przejdą test spalania i test czasu.