Оптимальные температуры при приработке для надежности печатных плат: всеобъемлющее руководство

Изображения, создаваемые клиентами

Испытания сжигания - это неизвестный герой надежности ПКБ, устраняющий скрытые дефекты до того, как продукция достигнет клиентов.производители могут определить слабые компонентыНо успех зависит от одной критической переменной: температуры.и дефекты остаются скрытымиВот как определить оптимальную температуру сгорания для вашего печатного листа, будь то смартфон, промышленный робот или медицинское устройство.

Ключевые моменты.
a. Температура сгорания должна превышать максимальную рабочую температуру ПХБ на 20-30°C, чтобы ускорить обнаружение дефектов без повреждения компонентов.
b.Ограничения материала (например, температура перехода FR-4 ′s в стекло, Tg) диктуют верхние пределы: типичные ПХБ максимально выходят при 125 °C, в то время как конструкции высокой температуры (PTFE, керамика) переносят 150 ~ 200 °C.
c.Индустриальные стандарты (AEC-Q100 для автомобильной промышленности, IPC-9701 для общего использования) определяют диапазоны температуры: 85°C для потребительской электроники, 125°C для автомобильной промышленности и 130°C для аэрокосмической промышленности.
d.Продолжительность испытания зависит от температуры: для обнаружения дефектов требуется 24−48 часов при более высоких температурах (125°C), а для умеренных (85°C) - 48−72 часа.

Что такое сжигание и почему это важно
Испытание сжигания - это процесс стрессового тестирования, который подвергает ПХБ повышенной температуре, напряжению и иногда вибрации, чтобы ускорить отказ слабых компонентов.Ее целью является выявление дефектов детской смертности, которые могут вызвать ранние сбои (в течение первых 10% срока службы продукта), но не обнаружены стандартными проверками качества..

Среди таких недостатков:
a.Холодные сварные соединения: слабые связи, которые трескаются при тепловом напряжении.
b. Деградация компонентов: электролитические конденсаторы с сушеными электролитами или полупроводники с микрополосками.
c. Несоответствия материалов: деламинация в многослойных ПХБ или следы коррозии от остатков потока.
Без сгорания такие дефекты приводят к дорогостоящим гарантийным требованиям и ущербу репутации.Исследование, проведенное Ассоциацией электронической промышленности (EIA), показало, что сжигание снижает уровень сбоев поля на 60-80% в таких высоконадежных приложениях, как автомобильные и медицинские устройства.

Наука о температуре в испытаниях сжигания.
Температура является наиболее важной переменной при сжигании.Здесь тонкий баланс.
a.Слишком низкий: недостаточно напрягает компоненты, оставляя дефекты незамеченными.
b.Слишком высокий: повреждает здоровые компоненты (например, плавильную сварку, деламинирующие субстраты) или искажает ПХБ, создавая новые сбои.
Оптимальная температура зависит от трех факторов:
1Пределы материала ПХБ: температура стеклянного перехода (Tg) субстрата (например, FR-4 Tg = 130 ‰ 170 °C) определяет максимальную безопасную температуру.
2.Окружающая среда конечного использования: сжигание должно превышать максимальную рабочую температуру ПХБ на 20-30°C, чтобы имитировать длительное старение.
3.Промышленные стандарты: Руководящие принципы, такие как AEC-Q100 (автомобильные) и IPC-9701 (общие), устанавливают температурные диапазоны для надежности.

Как материалы ПХБ влияют на температурные пределы
ПХБ-субстраты и компоненты имеют строгие термические пороги.

Ключевое правило: температура сгорания должна оставаться ниже 1020 °C, чем минимальный материал Tg, чтобы избежать повреждения здоровых ПХБ. Для стандартного FR-4 (Tg = 150 °C) это ограничивает сгорание при 130 °C.

Оптимальный диапазон температуры в зависимости от применения

Примеры использования ПХБ сильно различаются, поэтому температура сгорания должна соответствовать их рабочей среде.

1Потребительская электроника (смартфоны, телевизоры)
a. диапазон температуры работы: 0°70°C (обстановка).
b.Оптимальная температура сгорания: 85-105°C.
c.Объяснение: превышает максимальную температуру использования на 15-35°C, не повреждая FR-4 (Tg = 130°C) или конденсаторы потребительского класса (оцененные на 85°C).
д.Продолжительность: 24−48 часов. Более длительные периоды (72+ часов) рискуют высушить недорогие электролитические конденсаторы.
e. Стандарт: JEDEC JESD22-A108 (рекомендуется 85°C/85% RH в течение 48 часов).

2Промышленная электроника (моторные контроллеры, датчики)
a. диапазон температуры работы: -20°C-105°C (заводские полы, наружные помещения).
b.Оптимальная температура сгорания: 105-125°C.
c.Основание: проверяет устойчивость к экстремальным условиям на заводе. Использует высоко Tg FR-4 (Tg = 170°C), чтобы выдержать 125°C без деламинации.
Промышленные компоненты (например, мощные резисторы) требуют более длительного напряжения для обнаружения скрытых дефектов.
c. Стандарт: IPC-9701 (класс 2, рекомендуется 125°C в течение 48 часов).

3Автомобильная электроника (ADAS, ECU)
a. диапазон температуры работы: -40 ≈ 125 °C (отсеки двигателя, подкапот).
b. Оптимальная температура сгорания: 130-150°C.
c.Разъяснение: имитирует 10+ лет тепла под капотом. Использует высоко-Tg FR-4 (Tg = 170°C) или металлические PCB (MCPCB) для обработки 150°C.
d.Продолжительность: 48-96 часов. Системы безопасности автомобилей (например, контроллеры подушек безопасности) требуют строгих испытаний для соответствия стандарту ISO 26262.
e.Стандарт: AEC-Q100 (класс 2, указывает 125°C для 1000+ циклов; сжигание соответствует этому).

4Медицинские изделия (имплантаты, оборудование для МРТ)
a. диапазон температуры работы: 10-40°C (контакт с телом) или -20-60°C (системы визуализации).
b. Оптимальная температура сгорания: 60°85°C (имплантаты) или 85°105°C (изображения).
c.Основание: имплантаты используют биосовместимые материалы (например, субстрат PEEK), чувствительные к высокой температуре; системы визуализации нуждаются в более высокой температуре для напряжения источников питания.
Продолжительность: 72-120 часов. Более длительное тестирование обеспечивает надежность в жизненно важных приложениях.
e.Стандарт: ISO 13485 (требует подтверждения температуры сгорания при клиническом использовании).

5Аэрокосмическая и оборонная промышленность (Радар, авионика)
a. диапазон температуры работы: -55 ∼125°C (экстремальные условия).
b.Оптимальная температура сгорания: 125°С до 175°С.
c.Основание: использует высокопроизводительные субстраты (например, PTFE, Tg = 260°C), чтобы выдержать 175°C. Испытания устойчивости к старению, вызванному радиацией.
d.Продолжительность: 96-168 часов (1 неделя). Критически важна для систем с продолжительностью жизни более 20 лет.
e. Стандарт: MIL-STD-883H (метод 1015, устанавливает 125°C в течение 168 часов для устройств класса H).

Температура сгорания против длительности: поиск подходящего места

Температура и длительность работают вместе, чтобы выявить дефекты.

Ошибки, которые следует избегать
Даже при наличии рекомендаций ошибки в выборе температуры часто встречаются:

1Игнорируя рейтинги компонентов.
ПХБ с конденсаторами температуры 85°C не может безопасно подвергаться сжиганию при температуре 105°C, даже если субстрат (FR-4) позволяет это. Всегда проверяйте таблицы данных компонентов на максимальную температуру работы.

2. Одинаковая температура для всех слоев
В многослойных ПХБ внутренние слои улавливают тепло, достигая температуры 5°C выше температуры поверхности. Используйте тепловое моделирование (например, ANSYS), чтобы внутренние слои оставались ниже Tg.

3Пропускаем испытания после сгорания.
Сжигание определяет сбои, но последующие испытания (продолжительность электричества, проверка целостности сигнала) подтверждают, что здоровые ПХБ не были повреждены.Сгорание при температуре 125°С может ослабить сварные соединения, не вызывая немедленного сбоя.

4С видом на влажность.
Для ПХБ в влажной среде (например, наружные датчики) сочетание 85 °C с относительной влажностью 85% (по JEDEC JESD22-A110) ускоряет коррозию, выявляя следы проблем, связанных со стандартными ошибками при сухом сгорании.

Как определить температуру сгорания
Перед полным производством проверьте выбранную температуру с небольшой партией (1050 PCB):
1.Предварительные испытания: Проведение электрических испытаний (продолжительность, импеданс) и визуальные проверки.
2.Сгорание: работает при целевой температуре в течение запланированного времени.
3После испытания: повторять электрические/визуальные проверки. сравнить показатели неудачи с историческими данными.
4Если > 5% ПХБ не выполняются после испытания, понизить температуру на 10°C. Если < 1% не выполняются, рассмотрите возможность увеличения температуры на 5°10°C, чтобы обнаружить больше дефектов.

Часто задаваемые вопросы
В: Может ли сжигание повредить здоровый ПХБ?
Ответ: Да, если температура превышает пределы материала. Например, 150 ° C сжигание на стандартном FR-4 (Tg = 130 ° C) приводит к 30% ПХБ деламинировать, по IPC испытания. Всегда оставаться ниже Tg.

Вопрос: Есть ли "один размер для всех" температура?
Ответ: Нет. ПКЖ для смартфонов (85°C сгорание) и ПКЖ для аэрокосмических аппаратов (150°C) имеют совершенно разные потребности.

Вопрос: Что делать, если мой ПКБ имеет смешанные компоненты (около 85°C, около 125°C)?
Например, если конденсаторы 85°C сочетаются с полупроводниками 125°C, то ограничьте сгорание на 85°C.

Вопрос: Заменяет ли сжигание другие тесты надежности?
Ответ: Нет. Он дополняет теплый цикл, вибрацию и испытания влажности. Сжигание отслеживает младенческую смертность; другие тесты подтверждают долгосрочную устойчивость.

Заключение
Оптимальная температура сгорания обеспечивает баланс между напряжением и безопасностью, обеспечивая отказ слабых компонентов во время испытаний, а не в полевых условиях.и отраслевых стандартовНезависимо от того, тестируют ли они потребительский гаджет при 85°C или аэрокосмическую систему при 150°C, цель остается той же:поставлять ПХБ, которые работают надежно на протяжении всего срока службы.