อุณหภูมิการทดสอบ Burn-In ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความน่าเชื่อถือของ PCB: คู่มือฉบับสมบูรณ์

ภาพลูกค้า-anthroized

การทดสอบแบบเบิร์นอินเป็นฮีโร่ที่ไม่ได้รับความน่าเชื่อถือของ PCB กำจัดข้อบกพร่องแฝงก่อนที่ผลิตภัณฑ์จะเข้าถึงลูกค้า โดยการให้ PCBs ถึงอุณหภูมิสูงและความเครียดทางไฟฟ้าผู้ผลิตสามารถระบุส่วนประกอบที่อ่อนแอข้อต่อประสานที่ผิดพลาดและความไม่สอดคล้องกันของวัสดุที่อาจทำให้เกิดความล้มเหลวในสนาม แต่ความสำเร็จนั้นขึ้นอยู่กับตัวแปรวิกฤตหนึ่งตัว: อุณหภูมิ เลือกต่ำเกินไปและข้อบกพร่องยังคงซ่อนอยู่ สูงเกินไปและคุณเสี่ยงต่อการทำลายส่วนประกอบที่ดี นี่คือวิธีการกำหนดอุณหภูมิการเผาไหม้ที่ดีที่สุดสำหรับ PCB ของคุณไม่ว่าจะถูกกำหนดไว้สำหรับสมาร์ทโฟนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมหรืออุปกรณ์การแพทย์

ประเด็นสำคัญ
A.-burn-in temperatures ควรเกินอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของ PCB โดย 20–30 ° C เพื่อเร่งการตรวจจับข้อบกพร่องโดยไม่ทำให้ส่วนประกอบเสียหาย
ข้อ จำกัด ของวัสดุ (เช่นอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจกของ FR-4, TG) กำหนดขอบเขตส่วนบน: PCB ทั่วไปสูงสุดที่ 125 ° C ในขณะที่การออกแบบอุณหภูมิสูง (PTFE, เซรามิก) ทนต่อ 150–200 ° C
มาตรฐานอุตสาหกรรม (AEC-Q100 สำหรับยานยนต์, IPC-9701 สำหรับการใช้งานทั่วไป) ช่วงอุณหภูมิ: 85 ° C สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค, 125 ° C สำหรับยานยนต์และ 130 ° C สำหรับการบินและอวกาศ
ระยะเวลาการทดสอบมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิ: อุณหภูมิที่สูงขึ้น (125 ° C) ต้องใช้เวลา 24-48 ชั่วโมงในขณะที่ช่วงปานกลาง (85 ° C) ต้องใช้เวลา 48–72 ชั่วโมงในการเปิดเผยข้อบกพร่อง

การทดสอบแบบเบิร์นอินคืออะไรและทำไมมันถึงสำคัญ
การทดสอบการเผาไหม้เป็นกระบวนการทดสอบความเครียดที่ทำให้ PCBs มีอุณหภูมิสูงแรงดันไฟฟ้าและการสั่นสะเทือนบางครั้งเพื่อเร่งความล้มเหลวของส่วนประกอบที่อ่อนแอ เป้าหมายคือการระบุข้อบกพร่อง“ การตายของทารก” - ปัญหาที่จะทำให้เกิดความล้มเหลวในช่วงต้น (ภายใน 10% แรกของอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์) แต่ไม่ได้รับการตรวจสอบคุณภาพมาตรฐาน

ข้อบกพร่องเหล่านี้รวมถึง:
A. ข้อต่อประสาน: พันธบัตรอ่อนแอที่แตกภายใต้ความเครียดความร้อน
B.Component DEGRADATION: ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ที่มีอิเล็กโทรไลต์แห้งหรือเซมิคอนดักเตอร์ที่มีรอยแตกขนาดเล็ก
C. ความไม่สอดคล้องกันของวัสดุ: delamination ใน PCB หลายชั้นหรือการกัดกร่อนติดตามจากฟลักซ์ตกค้าง
หากไม่มีการเผาไหม้ข้อบกพร่องดังกล่าวนำไปสู่การเรียกร้องการรับประกันที่มีราคาแพงและความเสียหายด้านชื่อเสียง การศึกษาโดยสมาคมอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ (EIA) พบว่าการเบิร์นอินช่วยลดอัตราความล้มเหลวของภาคสนามลง 60-80% ในการใช้งานที่น่าเชื่อถือสูงเช่นอุปกรณ์ยานยนต์และการแพทย์

วิทยาศาสตร์ของอุณหภูมิในการทดสอบการเผาไหม้
อุณหภูมิเป็นตัวแปรที่สำคัญที่สุดในการเผาไหม้ อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะช่วยเร่งปฏิกิริยาทางเคมีและความเครียดทางกายภาพทำให้ส่วนประกอบที่อ่อนแอล้มเหลวเร็วขึ้น อย่างไรก็ตามมีความสมดุลที่ละเอียดอ่อน:
A.TOO ต่ำ: ล้มเหลวในการเน้นส่วนประกอบเพียงพอปล่อยให้ข้อบกพร่องไม่ถูกตรวจพบ
B.Too High: ความเสียหายส่วนประกอบที่มีสุขภาพดี (เช่นการหลอมละลาย, การหลอมละลาย, การแยกพื้นผิว) หรือ Warps PCBs สร้างความล้มเหลวใหม่
อุณหภูมิที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับสามปัจจัย:
1. ข้อ จำกัด ของวัสดุ PCB: อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (TG) ของสารตั้งต้น (เช่น FR-4 TG = 130–170 ° C) กำหนดอุณหภูมิที่ปลอดภัยสูงสุด
2. สิ่งแวดล้อมการใช้งาน: การเบิร์นอินควรเกินอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของ PCB โดย 20–30 ° C เพื่อจำลองอายุระยะยาว
3. มาตรฐานอุตสาหกรรม: แนวทางเช่น AEC-Q100 (ยานยนต์) และ IPC-9701 (ทั่วไป) ระบุช่วงอุณหภูมิเพื่อความน่าเชื่อถือ

วัสดุ PCB มีผลต่อการ จำกัด อุณหภูมิอย่างไร
พื้นผิว PCB และส่วนประกอบมีเกณฑ์ความร้อนที่เข้มงวด เกินกว่าสาเหตุเหล่านี้ความเสียหายที่กลับไม่ได้:

กฎสำคัญ: อุณหภูมิการเผาไหม้ควรอยู่ต่ำกว่า 10-20 ° C ต่ำกว่าวัสดุ TG ต่ำสุดเพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างความเสียหาย PCB ที่มีสุขภาพดี สำหรับมาตรฐาน FR-4 (TG = 150 ° C) ตัวพิมพ์ใหญ่นี้จะเผาไหม้ที่ 130 ° C

ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมโดยการใช้งาน

กรณีการใช้ PCB นั้นแตกต่างกันอย่างมากดังนั้นอุณหภูมิที่เผาไหม้จะต้องสอดคล้องกับสภาพแวดล้อมการทำงานของพวกเขา นี่คือวิธีการปรับแต่งการทดสอบ:

1. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (สมาร์ทโฟน, ทีวี)
A.Operating ช่วงอุณหภูมิ: 0–70 ° C (โดยรอบ)
อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ดีที่สุด: 85–105 ° C
C.Rationale: เกินอุณหภูมิการใช้งานสูงสุด 15–35 ° C โดยเน้นส่วนประกอบโดยไม่ทำลาย FR-4 (TG = 130 ° C) หรือตัวเก็บประจุเกรดผู้บริโภค (จัดอันดับ 85 ° C)
D.Duration: 24–48 ชั่วโมง เวลานานขึ้น (72+ ชั่วโมง) ความเสี่ยงการอบแห้งตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ราคาต่ำ
E.Standard: Jedec Jesd22-A108 (แนะนำ 85 ° C/85% RH เป็นเวลา 48 ชั่วโมง)

2. อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม (ตัวควบคุมมอเตอร์, เซ็นเซอร์)
A.Operating ช่วงอุณหภูมิ: -20–105 ° C (พื้นโรงงาน, สิ่งกีดขวางกลางแจ้ง)
อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ดีที่สุด: 105–125 ° C
C.Rationale: การทดสอบความยืดหยุ่นต่อสภาพโรงงานที่รุนแรง ใช้ High-TG FR-4 (TG = 170 ° C) เพื่อทนต่อ 125 ° C โดยไม่ต้อง delamination
D.Duration: 48–72 ชั่วโมง ส่วนประกอบอุตสาหกรรม (เช่นตัวต้านทานพลังงาน) จำเป็นต้องมีความเครียดอีกต่อไปในการเปิดเผยข้อบกพร่องแฝง
C.Standard: IPC-9701 (คลาส 2 แนะนำ 125 ° C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง)

3. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ (ADAS, ECUS)
A.Operating ช่วงอุณหภูมิ: -40–125 ° C (อ่าวเครื่องยนต์, ภายใต้ความเป็นอยู่)
อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ดีที่สุด: 130–150 ° C
C.Rationale: จำลองความร้อนต่ำกว่า 10 ปี ใช้ High-TG FR-4 (TG = 170 ° C) หรือ Metal-core-core-core (MCPCBS) เพื่อจัดการ 150 ° C
D.Duration: 48–96 ชั่วโมง ระบบความปลอดภัยของยานยนต์ (เช่นตัวควบคุมถุงลมนิรภัย) จำเป็นต้องมีการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อตอบสนอง ISO 26262
E.Standard: AEC-Q100 (เกรด 2 ระบุ 125 ° C สำหรับ 1,000+ รอบการเผาไหม้สอดคล้องกับสิ่งนี้)

4. อุปกรณ์การแพทย์ (implantables, อุปกรณ์ MRI)
A.Operating ช่วงอุณหภูมิ: 10–40 ° C (สัมผัสร่างกาย) หรือ -20–60 ° C (ระบบการถ่ายภาพ)
อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ดีที่สุด: 60–85 ° C (implantables) หรือ 85–105 ° C (การถ่ายภาพ)
C.Rationale: implantables ใช้วัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ (เช่นพื้นผิว PEEK) ที่ไวต่อความร้อนสูง ระบบการถ่ายภาพต้องการอุณหภูมิที่สูงขึ้นเพื่อเน้นแหล่งจ่ายไฟ
D.Duration: 72–120 ชั่วโมง การทดสอบที่ยาวนานขึ้นทำให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือในการใช้งานที่สำคัญยิ่ง
E.Standard: ISO 13485 (ต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องของอุณหภูมิการเผาไหม้ต่อการใช้งานทางคลินิก)

5. การบินและอวกาศและการป้องกัน (เรดาร์, avionics)
A.Operating ช่วงอุณหภูมิ: -55–125 ° C (สภาพแวดล้อมที่รุนแรง)
อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ดีที่สุด: 125–175 ° C
C.Rationale: ใช้พื้นผิวประสิทธิภาพสูง (เช่น PTFE, TG = 260 ° C) เพื่อทนต่อ 175 ° C การทดสอบความต้านทานต่ออายุที่เกิดจากรังสี
D.Duration: 96–168 ชั่วโมง (1 สัปดาห์) สำคัญสำหรับระบบที่มีอายุการใช้งาน 20 ปีขึ้นไป
E.Standard: MIL-STD-883H (วิธีการ 1015, ระบุ 125 ° C เป็นเวลา 168 ชั่วโมงสำหรับอุปกรณ์คลาส H)

อุณหภูมิเบิร์นอินเทียบกับระยะเวลา: ค้นหาจุดหวาน

อุณหภูมิและระยะเวลาทำงานร่วมกันเพื่อเปิดเผยข้อบกพร่อง อุณหภูมิที่สูงขึ้นลดเวลาที่ต้องการ แต่ความสมดุลเป็นกุญแจสำคัญ:

ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นทั่วไปเพื่อหลีกเลี่ยง
แม้จะมีแนวทางข้อผิดพลาดในการเลือกอุณหภูมิก็เป็นเรื่องปกติ:

1. ละเว้นการจัดอันดับส่วนประกอบ
PCB ที่มีตัวเก็บประจุ 85 ° C ไม่สามารถตรวจสอบได้อย่างปลอดภัย 105 ° C แม้ว่าสารตั้งต้น (FR-4) จะอนุญาต ตรวจสอบแผ่นข้อมูลส่วนประกอบสำหรับอุณหภูมิการทำงานสูงสุดเสมอ

2. อุณหภูมิสม่ำเสมอสำหรับทุกเลเยอร์
ใน PCB หลายชั้นเลเยอร์ด้านในกับดักความร้อนถึงสูงถึง 5-10 ° C สูงกว่าอุณหภูมิพื้นผิว ใช้การสร้างแบบจำลองความร้อน (เช่น ANSYS) เพื่อให้แน่ใจว่าชั้นในอยู่ต่ำกว่า TG

3. ข้ามการทดสอบหลังการเผาไหม้
การเผาไหม้ระบุความล้มเหลว แต่การทดสอบหลังการทดสอบ (ความต่อเนื่องทางไฟฟ้า, การตรวจสอบความสมบูรณ์ของสัญญาณ) ยืนยันว่า PCB ที่มีสุขภาพดียังไม่ได้รับความเสียหาย การเผาไหม้ 125 ° C อาจทำให้ข้อต่อประสานลดลงโดยไม่ทำให้เกิดความล้มเหลวทันที

4. มองเห็นความชื้น
สำหรับ PCBs ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น (เช่นเซ็นเซอร์กลางแจ้ง) รวม 85 ° C กับความชื้นสัมพัทธ์ 85% (ต่อ JEDEC JESD22-A110) เร่งการกัดกร่อน

วิธีการตรวจสอบอุณหภูมิการเผาไหม้
ก่อนการผลิตเต็มรูปแบบให้ตรวจสอบอุณหภูมิที่คุณเลือกด้วยชุดขนาดเล็ก (10–50 PCBs):
1. การทดสอบก่อน: ดำเนินการทดสอบไฟฟ้า (ความต่อเนื่องความต้านทาน) และการตรวจสอบด้วยภาพ
2. เบิร์นอิน: ทำงานที่อุณหภูมิเป้าหมายตามระยะเวลาที่วางแผนไว้
3. การทดสอบแบบโพสต์: ทำซ้ำการตรวจสอบไฟฟ้า/ภาพ เปรียบเทียบอัตราความล้มเหลวกับข้อมูลในอดีต
4.Adjust: ถ้า> 5% ของ PCBs ล้มเหลวหลังการทดสอบอุณหภูมิลดลง 10 ° C หาก <1% ล้มเหลวให้พิจารณาเพิ่มขึ้น 5–10 ° C เพื่อจับข้อบกพร่องมากขึ้น

คำถามที่พบบ่อย
ถาม: การเผาผลาญ PCB ที่ดีต่อสุขภาพสามารถทำให้เกิดความเสียหายได้หรือไม่?
ตอบ: ใช่ถ้าอุณหภูมิเกินขีด จำกัด ของวัสดุ ตัวอย่างเช่นการเผาไหม้ 150 ° C บนมาตรฐาน FR-4 (TG = 130 ° C) ทำให้ 30% ของ PCBs delaminate ต่อการทดสอบ IPC อยู่ต่ำกว่า TG เสมอ

ถาม: มีอุณหภูมิ“ ขนาดเดียวเหมาะกับทั้งหมด” หรือไม่?
ตอบ: ไม่ได้สมาร์ทโฟน PCB (85 ° C Burn-In) และ PCB และอวกาศ (150 ° C) มีความต้องการที่แตกต่างกันอย่างมากมาย จัดแนวกับขีด จำกัด การใช้งานและวัสดุ

ถาม: จะเกิดอะไรขึ้นถ้า PCB ของฉันมีส่วนประกอบผสม (ประมาณ 85 ° C มีการจัดอันดับ 125 ° C)?
ตอบ: ใช้การจัดอันดับส่วนประกอบต่ำสุดเป็นอุณหภูมิสูงสุดของคุณ ตัวอย่างเช่นหากตัวเก็บประจุ 85 ° C จับคู่กับเซมิคอนดักเตอร์ 125 ° C, Cap Burn-in ที่ 85 ° C

ถาม: การเผาไหม้แทนที่การทดสอบความน่าเชื่อถืออื่น ๆ หรือไม่?
ตอบ: ไม่ได้เติมเต็มการปั่นจักรยานความร้อนการสั่นสะเทือนและการทดสอบความชื้น เบิร์นอินจับการตายของทารก; การทดสอบอื่น ๆ ตรวจสอบความยืดหยุ่นในระยะยาว

ข้อสรุป
อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ดีที่สุดทำให้เกิดความเครียดและความปลอดภัยทำให้มั่นใจได้ว่าส่วนประกอบที่อ่อนแอจะล้มเหลวในระหว่างการทดสอบไม่ใช่ในสนาม โดยการจัดเรียงอุณหภูมิด้วยวัสดุ PCB สภาพแวดล้อมการใช้งานปลายทางและมาตรฐานอุตสาหกรรมผู้ผลิตสามารถลดความล้มเหลวของสนามได้อย่างมาก ไม่ว่าจะเป็นการทดสอบแกดเจ็ตผู้บริโภคที่ 85 ° C หรือระบบการบินและอวกาศที่ 150 ° C เป้าหมายยังคงเหมือนเดิม: ส่ง PCB ที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอดอายุการใช้งานของพวกเขา