Тепловые испытания на сжигание ПКБ: окончательное руководство по поиску слабых мест и повышению надежности

Представьте, что вы отправляете 10 000 ПХБ только для того, чтобы 500 не удалось в течение 3 месяцев. Этот кошмар "ранней неудачи" стоит времени, денег и доверия к бренду.процесс, при котором ПХБ подвергаются стрессу при повышенной температуре, чтобы устранить слабые компоненты, прежде чем они достигнут клиентовНо вот какая уловка: если выбрать неправильную температуру, то вы либо пропустите дефекты (слишком низкие), либо повредите хорошие доски (слишком высокие).

В этом руководстве объясняется, как установить идеальную температуру сгорания, почему выбор материала (например,высокоTg FR4) вещества, и как избежать распространенных ловушек (перенапряжение, плохое тепловое управление).Это ваша дорожная карта к нулю ранних сбоев и долгосрочной надежности.

Ключевые выводы
1.Температурный диапазон не подлежит обсуждению: 90°C ≈ 150°C равновесие обнаружения дефектов и безопасности доски ≈ ниже 90°C пропускают слабые части; выше 150°C рискуют повреждения.
2.Ограничения приводов материалов: FR4 с высоким Tg (Tg ≥150°C) обрабатывает 125°C ≈ 150°C; стандартный FR4 (Tg 130°C ≈ 140°C) достигает максимума при 125°C, чтобы избежать деформации.
3Индустриальные стандарты указывают вам путь: потребительская электроника использует 90°C ≈ 125°C (IPC-9701); военные и аэрокосмические нужды 125°C ≈ 150°C (MIL-STD-202).
4Данные превосходят догадки: отслеживайте температуру, напряжение и частоту сбоев во время тестирования, чтобы усовершенствовать свой процесс и обнаружить слабые компоненты.
5Тепловое управление имеет решающее значение: горячие точки или плохие результаты искажения воздушного потока используют теплоотводы, тепловые каналы и замкнутые камеры для поддержания температуры.

Что такое сжигание?
Испытание сгорания является “испытанием напряжения” для ПХБ: оно подвергает доски повышенным температурам (и иногда напряжению), чтобы ускорить сбои слабых компонентов (например, неисправные соединители сварки,конденсаторы низкого качества)Цель - симулировать месяцы/годы использования в течение нескольких дней, гарантируя, что только самые надежные печатные платы достигают клиентов.

Температура является наиболее важной переменной здесь, потому что:

a.Низкие температуры (≤80°C): недостаточное напряжение на компонентах. Слабые части остаются скрытыми, что приводит к ранним сбоям поля.
b.Высокие температуры (>150°C): превышают температуру стеклянного перехода PCB (Tg), вызывая деформацию, деламинацию или постоянное повреждение хороших компонентов.
c.Оптимальный диапазон (90°C-150°C): подчеркивает, что слабые детали не повреждаются, не повреждая здоровые доски, что, как доказано, снижает уровень ранних сбоев на 70% или более.

Оптимальный диапазон температуры сгорания: по применению и стандарту
Не все ПХБ создаются одинаковыми.Температура сгорания зависит от конечного использования, материалов и отраслевых стандартов ПХБ. Ниже приведены наиболее распространенные диапазоны, подтвержденные глобальными стандартами.

1Температурные диапазоны по отраслям
Различные приложения требуют разного уровня надежности, вот как привести температуру в соответствие с вашим использованием:

Пример: ПКЖ для смартфонов (потребительская электроника) использует 100 °C в течение 16 часов, что достаточно для обнаружения неисправных микрочипов без повреждения FR4 платы.Военному радару PCB требуется 150°C в течение 72 часов, чтобы обеспечить его работу в истребителях..

2Почему нормы важны
Следование стандартам IPC, MIL-STD или AEC - это не просто бюрократия, это проверенный способ избежать ошибок.
a.IPC-9701: Золотой стандарт для потребительских/промышленных ПХБ устанавливает 90°C125°C для сбалансированного обнаружения дефектов и затрат.
b.MIL-STD-202G: требует 125°C-150°C для военной техники, критически важной для ПХБ, которые не могут выйти из строя в бою или в космосе.
c.AEC-Q100: Для автомобильной электроники ≈ 125°C ≈ 140°C для соответствия температуры под капотом.

Например, если вы пропустите стандарты, то рискуете переиспытывать (повреждая платы) или недостаточно испытывать (отсутствующие дефекты).Следует этим стандартам в буквальном смысле, гарантируя, что каждый ПКБ отвечает потребностям в надежности своей отрасли.

Как материалы ПХБ влияют на температуру сгорания
Материал вашего ПХБ, в частности температура стеклянного перехода (Tg), определяет максимальную безопасную температуру сгорания.Tg - это температура, при которой смола ПХБ омолаживается и теряет структурную прочностьПревышение Tg при сжигании, и вы получите искривленные доски или деламинированные слои.

1Общие материалы ПХБ и их пределы сгорания

Критическое правило: никогда не превышать 80% Tg материала во время сгорания.

2Почему FR4 с высокой температурой термоцикла меняет правила игры
Для ПХБ, которым требуется более высокая температура сгорания (например, автомобильная, промышленная), высокий Tg FR4 является обязательным.
a.Устойчивость к теплу: Tg 150°C~180°C позволяет справиться с сгоранием 125°C~150°C без деформации.
b.Прочность: сопротивляется деламинированию (разделению слоев) при напряжении, что имеет решающее значение для долгосрочной надежности.
c.Устойчивость к химическим веществам: выдерживает масла, охлаждающие вещества и очистительные средства (часто используются в промышленности и автомобилестроении).

LT CIRCUIT использует FR4 с высоким Tg для 70% своих промышленных/автомобильных ПХБ, сокращая ранние показатели отказов на 60% по сравнению со стандартным FR4.

Как испытания сжигания повышают надежность ПХБ
Испытания сжигания - это не просто "хорошо иметь", это инвестиции в надежность. Вот как это влияет на производительность PCB как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

1Раннее обнаружение неисправностей: предотвращение дефектов до их отправки
Кривая ванны является классикой надежности: ПХБ имеют высокие ранние показатели отказов (слабые компоненты), затем длительный период стабильного использования, а затем поздний отказ (нос и порча).Испытания сжигания устраняют раннюю фазу сбоя:
a.Напряжение на слабые компоненты: Неисправные соединители сварки, некачественные конденсаторы или неправильно выровненные провода выходят из строя до 90°C150°C, прежде чем ПКБ достигнет клиента.
b.Снижение требований по гарантии: Исследование, проведенное IPC, показало, что испытания сжигания сокращают затраты на гарантию на 50%/70% для потребительской электроники.

Случайное исследование: производитель ноутбуков добавил к процессу производства печатных пластин 100°C на 24 часа.

2Долгосрочная производительность: проверка долговечности
Испытания сжигания не только обнаруживают дефекты, но и подтверждают, что ваш ПКБ будет работать долго.
a.Испытание долговечности сварных соединений: тепловой цикл (часть сгорания для некоторых отраслей промышленности) показывает усталость в сварных соединениях, критически важную для ПХБ в условиях колебаний температуры (например, автомобилей,наружные датчики).
b. Проверьте устойчивость материала: FR4 с высоким Tg должен оставаться жестким при температуре 125°C; если он изгибается, вы знаете, что материал не соответствует нормам.
c.Оптимизируйте конструкцию: если ПКБ не работает при 130 °C, вы можете добавить тепловые каналы или переместить горячие компоненты для улучшения рассеивания тепла.

3. Улучшение на основе данных
Каждый тест сжигания генерирует ценные данные:
a.Режимы сбоев: чаще всего ли сбои в конденсаторах?
b.Температурные пороги: если 125°C вызывает 2% сбоев, но 120°C вызывает 0,5%, вы можете настроить на 120°C для лучшей производительности.
c.Качество компонентов: если партия резисторов постоянно отказывается, вы можете сменить поставщиков, прежде чем они разрушат больше ПХБ.
LT CIRCUIT использует эти данные для совершенствования своих процессов: например, после того, как было установлено, что 135 °C вызывает деламинацию в стандартном FR4, он перешел на высоко-Tg FR4 для промышленных заказов, устраняя проблему.

Как определить правильную температуру сгорания для ПХБ
Выбор идеальной температуры - это не догадки, это пошаговый процесс, который учитывает материал, применение и стандарты PCB.

Шаг 1: Начните с Тг материала ваших ПХБ
Для определения максимальной безопасности используйте следующую формулу:
Максимальная температура сгорания = 80% материала Tg

Пример: ПХБ, изготовленный с температурой 150 °C Tg FR4, не должен превышать 120 °C во время сжигания.

Шаг 2: соответствие отраслевым стандартам
Стандарт вашего заявления еще больше сузит диапазон.
a.Потребительская электроника (IPC-9701): Даже если ваш материал может выдерживать 120°C, придерживайтесь 90°C ≈ 125°C, чтобы избежать перепробования.
b.Военные (MIL-STD-202G): Вам понадобится 125°C-150°C, поэтому вы должны использовать FR4 с высоким Tg или полимид.

Шаг 3: Тестирование и уточнение с помощью данных
Ни один процесс не идеален. Сначала тестируйте небольшую партию, а затем корректируйте:
a.Проведите пилотный тест: испытайте 50-100 ПХБ в середине диапазона (например, 110°C для 90°C – 125°C).
b.Неисправности на трассах: сколько PCB неисправно?
в. Регулируйте температуру: если нет сбоев, поднимите ее на 10°C (чтобы обнаружить больше дефектов). Если слишком много сбоев, снизите ее на 10°C.
d. Подтвердить с помощью тепловых изображений: не допускать горячих точек (например, регулятор напряжения достигает 160°C, а остальная часть платы - 120°C). Это означает плохое тепловое управление, а не слабые компоненты.

Шаг 4: Сравните безопасность и затраты
Испытания сжигания затрачивают время и деньги, но не преувеличивайте:
a.Потребительская электроника: 90°C в течение 8 часов достаточно для устройств с низким риском (например, пультов дистанционного управления).
b.Высокая надежность: 150°C в течение 72 часов стоит того для ПХБ в аэрокосмической промышленности (один сбой может стоить более $1 млн).

Настройка испытаний сжигания: советы по точности и безопасности
Даже правильная температура не поможет, если установка теста неисправна.Следуйте этим советам, чтобы получить надежные результаты.

1Контроль температуры: избегайте горячих точек
Горячие точки (области на 10°C+ жарче, чем остальная часть доски) искажают результаты, вот как их предотвратить:
a.Использовать камеру с закрытым контуром: эти камеры поддерживают температуру в пределах ±2°C намного лучше, чем открытые печи (±5°C).
b. Добавление тепловых каналов: для ПХБ с горячими компонентами (например, регуляторами напряжения), тепловые каналы распространяют тепло на другие слои.
c. Осторожно размещайте компоненты: держите теплогенерирующие части (например, светодиоды, микропроцессоры) подальше от чувствительных компонентов (например, датчиков).
d. Использование теплоотводов: для высокомощных ПХБ прикрепляйте теплоотводы к горячим компонентам, чтобы контролировать температуру соединения.

Совет: Используйте тепловую камеру во время испытаний для выявления горячих точек. LT CIRCUIT делает это для каждой партии, чтобы обеспечить однородность.

2. Сбор данных: отслеживать все
Вы не можете улучшить то, что не измеряете.
a.Температура: записывайте каждые 5 минут, чтобы обеспечить консистенцию.
b.Напряжение/поток: отслеживать входную мощность для обнаружения ненормальных натяжений (знак отказа компонента).
c.Коэффициент отказов: отслеживать, сколько ПКБ отказываются, когда (например, через 12 часов после начала испытаний) и почему (например, короткий конденсатор).
d.Данные о компонентах: записывайте, какие компоненты неисправны чаще всего, это поможет вам сменить поставщиков при необходимости.

Используйте программное обеспечение, такое как Minitab или Excel, для анализа данных: например, график Вейбулла может показать, как изменяются показатели отказов с температурой, помогая вам установить оптимальный диапазон.

3Безопасность: избегайте чрезмерного стресса
Перенапряжение (испытания за пределами пределов ПХБ) повреждает хорошие доски, вот как этого избежать:
a.Никогда не превышать Tg: стандартный FR4 (130°C Tg) никогда не должен достигать 140°C, это вызывает постоянное изгибление.
b. Температура на пандусе медленно: повышается на 10°C в час, чтобы избежать теплового шока (быстрые изменения температуры трещины сварных соединений).
c. Следуйте характеристикам компонента: конденсатор, рассчитанный на температуру 125°C, не должен испытываться при температуре 150°C, даже если материал PCB может с этим справиться.

Частые проблемы, связанные с сжиганием энергии, и как их решить
Испытания сжигания имеют свои препятствия, но их легко избежать при правильном планировании.
1Перенапряжение: повреждение хороших ПХБ
Проблема: испытания при 160 °C (выше FR4 ̊s с высоким Tg 150 °C Tg) вызывают деламинирование или искривление.
Исправление:
a.Всегда проверяйте Tg материала перед установкой температуры.
b. Использовать правило 80% Tg (макс. температура = 0,8 × Tg).
c. Температура на подъезде должна быть медленной (10°C/час), чтобы избежать теплового удара.

2Недостаточное тестирование: отсутствие слабых компонентов
Проблема: при испытаниях при температуре 80°С (ниже 90°С) скрываются слабые конденсаторы или сварные соединения.
Исправление:
a.Начать с 90°C для потребительской электроники; 125°C для высокой надежности.
Продлите время испытания, если вы не можете поднять температуру (например, 48 часов при 90°C вместо 24 часов).

3Плохое тепловое управление: искаженные результаты
Проблема: регулировщик напряжения достигает 150°C, в то время как остальная часть панели 120°C. Вы не можете сказать, если сбои от слабых компонентов или горячих точек.
Исправление:
a. Используйте тепловые каналы и теплоотводы для распространения тепла.
b. Испытание с помощью тепловой камеры для выявления горячих точек.
c. Переместить горячие компоненты в будущие конструкции для улучшения распределения тепла.

4. Превышение затрат: слишком длительное тестирование
Проблема: проведение 72-часовых тестов на потребительскую электронику (необходимо) увеличивает затраты.
Исправление:
a. Следуйте отраслевым стандартам: 8-24 часа для потребителя, 48-72 часа для промышленного.
b. При необходимости использовать

Часто задаваемые вопросы: Ответы на ваши вопросы о температуре сжигания
1Могу ли я использовать одну и ту же температуру для всех моих ПХБ?
Температура зависит от материала (Tg) и применения. ПКЖ для смартфонов (стандартный FR4) требует 90°C100°C; военный ПКЖ (полимид) требует 125°C150°C.

2Сколько времени должен длиться тест на сгорание?
a.Потребительская электроника: 8−24 часа.
b.Промышленное: 24−48 часов.
c. Военно-воздушные службы: 48-120 часов.
Более длительные испытания не всегда лучше, пока уровень неудач не достигнет плато (нет новых дефектов).

3Что, если мой ПКБ имеет компоненты с различными температурами?
Например, если ваш материал для печатных пластин может выдерживать 125°C, но конденсатор рассчитан на 105°C, проверьте при 90°C ≈ 100°C.

4. Нужно ли проводить сжигание для низкозатратных ПХБ (например, игрушек)?
Это зависит от риска. Если отказ будет причинять вред (например, игрушка с батареей), да. Для некритических ПХБ вы можете пропустить его, но ожидать более высокие показатели возврата.

5Как LT CIRCUIT обеспечивает точное испытание сгорания?
LT CIRCUIT использует замкнутые камеры (контроль ± 2 ° C), тепловое изображение и строгое соблюдение стандартов IPC / MIL-STD. Каждая партия тестируется с пилотным запуском для проверки температуры и продолжительности.

Заключение: Сгорающая температура - секретное оружие надежности
Выбор правильной температуры сгорания 90°С 150°С, соответствующей Tg материалов и отраслевым стандартам, - это не просто шаг в производстве. Это обещание вашим клиентам:сегодня и завтра.??

Следуя шагам в этом руководстве, начиная с материала Tg, придерживаясь стандартов, тестируя с данными и избегая перенапряжения, вы устраните ранние сбои, сократите затраты на гарантию,и построить репутацию надежностиНезависимо от того, делаете ли вы умные часы или спутниковые печатные платы, правильная температура сгорания превращает "достаточно хорошую" в "строенную для длительного использования".

Помните: испытания сжигания не являются расходом, а инвестицией. Время, которое вы потратите на установку идеальной температуры сегодня, спасет вас от дорогостоящих отзывов и недовольных клиентов завтра.С опытом LT CIRCUIT в области высоко Tg материалов и испытания стандартов, вы можете доверять своим ПХБ, чтобы пройти тест сгорания и испытание времени.