لماذا اختبار موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور？
في عصر التطور السريع للمنتجات الإلكترونية ولوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، باعتبارها المكونات الأساسية للمعدات الإلكترونية، ترتبط موثوقيتها ارتباطًا مباشرًا بأداء المنتج بأكمله وعمر خدمته، واختبار موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو ضمان جودة المنتج جزء مهم من جودة المنتج، والذي من خلال سلسلة من الاختبارات الصارمة يعني تقييم أداء ثنائي الفينيل متعدد الكلور في مجموعة متنوعة من البيئات وظروف العمل، لضمان الاستقرار طويل الأجل لتشغيل منتج ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يعد اختبار موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور جزءًا مهمًا من ضمان جودة المنتج.
1. اختبار الأداء الكهربائي:
الأداء الكهربائي هو الأساس لضمان عمل الدوائر الكهربائية بشكل صحيح.
اختبار الاستمرارية
يعد اختبار الاستمرارية أحد أهم الخطوات الأساسية والحاسمة في اختبار موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور. والغرض الأساسي من هذا الاختبار هو التحقق مما إذا كانت جميع المسارات الموصلة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور بها دوائر مفتوحة أو قصيرة. من الناحية العملية، يستخدم الفنيون أجهزة اختبار الدوائر الكهربائية المتخصصة للتحقق من استمرارية كل مسار موصل، مما يضمن أن جميع التوصيلات الكهربائية تفي بمتطلبات التصميم. بالنسبة ل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات، يعد اختبار استمرارية آثار الطبقة الداخلية مهمًا بشكل خاص، حيث يصعب فحص الآثار المخفية بصريًا.
وعادةً ما يستخدم اختبار الاستمرارية الحديث طرق المجس الطائر أو مجس السرير أو مجس الأظافر، مما يتيح تحديد سريع ودقيق للدوائر المفتوحة أو القصيرة. أثناء الاختبار، يتم تطبيق تيار صغير لقياس المقاومة بين نقطتين، وتحديد ما إذا كان الاتصال طبيعيًا أم لا. وينبغي إجراء اختبار الاستمرارية ليس فقط بعد الإنتاج ولكن أيضًا قبل وبعد تدمج تقنية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور (SiP) رقائق متعددة في حزمة واحدة، مما يقلل من حجم وحدة الاستشعار بنسبة 70%. لضمان عدم حدوث أي تلف أثناء التصنيع.
اختبار مقاومة العزل
يقيم اختبار مقاومة العزل أداء العزل بين الموصلات المختلفة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.أثناء الاختبار، يتم تطبيق جهد تيار مستمر (عادةً 100 فولت أو 250 فولت أو 500 فولت، اعتمادًا على مواصفات المنتج) بين موصلين ويتم قياس مقاومة العزل.يعد هذا الاختبار مهمًا بشكل خاص للتطبيقات عالية الجهد ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات، حيث يمكن أن يؤدي ضعف العزل إلى تسرب أو قصر في الدوائر الكهربائية أو حتى مخاطر الحريق.
تتطلب مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية الجودة بشكل عام مقاومة عزل في نطاق ميجا أوم (MΩ) أو أعلى، مع معايير محددة تختلف بناءً على استخدام المنتج وبيئة التشغيل.على سبيل المثال، تتطلب الأجهزة الطبية ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الفضائية أداء عزل أكثر صرامة من الإلكترونيات الاستهلاكية.يجب أيضًا مراعاة العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة لأنها تؤثر بشكل كبير على أداء المواد العازلة.
اختبار جهد تحمل العازل الكهربائي (وعاء عالي)
يعد اختبار الجهد الكهربائي العازل (المعروف أيضًا باسم اختبار هيبوت) ضروريًا لتقييم موثوقية نظام عزل ثنائي الفينيل متعدد الكلور&8217.ويتضمن تطبيق جهد أعلى من جهد التشغيل العادي (عادةً ما يكون 2-3 أضعاف جهد التشغيل) بين الموصلات أو بين الموصلات والأرض للتحقق من سلامة ثنائي الفينيل متعدد الكلور&8217 في ظل ظروف الجهد العالي غير الطبيعي.أثناء الاختبار، يتم زيادة الجهد تدريجيًا إلى مستوى محدد مسبقًا والحفاظ عليه لمدة محددة (عادةً دقيقة واحدة) لمراقبة ما إذا كان هناك انهيار أو تفريغ.
هذا الاختبار مهم بشكل خاص للوحات الطاقة والمعدات ذات الجهد العالي والتطبيقات الحرجة للسلامة.قد يظهر العطل على شكل تقوس أو انهيار أو كربنة مواد العزل.لاحظ أن اختبار الهيبوت مدمر وقد يتسبب في تلف تراكمي لمواد العزل، لذا لا ينبغي تكراره على نفس المنتج.
اختبار المعاوقة
نظرًا لتطور الأجهزة الإلكترونية نحو ترددات وسرعات أعلى، أصبح التحكم في معاوقة ثنائي الفينيل متعدد الكلور مهمًا بشكل متزايد.ويتحقق اختبار المعاوقة مما إذا كانت المعاوقة المميزة لخطوط النقل على ثنائي الفينيل متعدد الكلور تفي بمواصفات التصميم، وهو أمر بالغ الأهمية لسلامة الإشارة وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي.يتم إجراء الاختبار عادةً باستخدام محلل الشبكة أو مقياس الانعكاس في المجال الزمني (TDR) لقياس المعاوقة عند ترددات محددة.
يمكن أن يؤدي عدم تطابق المعاوقة إلى انعكاسات الإشارة، والرنين، والتجاوز، مما يؤدي إلى تدهور أداء النظام بشدة. بالنسبة للدوائر الرقمية عالية السرعة (مثل ذاكرة DDR، وواجهات PCIe) والدوائر التناظرية عالية التردد (مثل الواجهات الأمامية للترددات اللاسلكية)، يعد التحكم الدقيق في المعاوقة أمرًا أساسيًا لضمان جودة الإشارة. يجب على المصممين مراعاة عوامل مثل عرض التتبع، وسمك العازل، ووزن النحاس، وثابت العزل الكهربائي، والتحقق من صحة المنتج الفعلي من خلال الاختبار.
2. اختبار الأداء الميكانيكي
الخواص الميكانيكية لتقييم السلامة الهيكلية لثنائي الفينيل متعدد الكلور.
اختبار قوة التقشير
اختبار قوة التقشير هو طريقة قياسية لتقييم قوة الرابطة بين رقائق النحاس وركيزة ثنائي الفينيل متعدد الكلور.يقيس هذا الاختبار قوة الالتصاق من خلال قياس القوة المطلوبة لتقشير رقائق النحاس من الركيزة.يتم استخدام جهاز اختبار قوة التقشير المتخصص لتقشير عرض محدد من رقائق النحاس بسرعة وزاوية ثابتة (عادةً 90 درجة) أثناء تسجيل قوة السحب.
تُعد قوة التقشير الجيدة أمرًا بالغ الأهمية لضمان موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور في ظل الإجهاد الحراري والاهتزاز الميكانيكي والاستخدام طويل الأجل. ووفقًا لمعايير IPC، يجب ألا تقل قوة التقشير لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور القياسية عن 1.1 نيوتن/مم مع متطلبات أعلى للتطبيقات عالية الموثوقية. تشمل أنماط الفشل فصل رقائق النحاس عن الركيزة أو كسر رقائق النحاس، وغالبًا ما يكون ذلك بسبب التصفيح غير السليم أو سوء معالجة سطح النحاس أو مشاكل جودة الركيزة.
اختبار الانحناء
يُستخدم اختبار الانحناء في المقام الأول في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرنة (FPCs) والألواح الصلبة المرنة لتقييم متانتها في ظل الانحناء المتكرر.يتم تثبيت العينة في تركيبات متخصصة ويتم ثنيها بزاوية محددة (على سبيل المثال 90 أو 180 درجة) وتردد (على سبيل المثال 100 دورة في الدقيقة) حتى الوصول إلى الفشل أو عدد محدد مسبقًا من الدورات.
يحاكي هذا الاختبار الضغوط الميكانيكية التي تواجهها في التطبيقات الواقعية، مثل مناطق المفصلات في الهواتف القابلة للطي أو أقسام الانحناء في الأجهزة القابلة للارتداء.تساعد نتائج الاختبار في تحسين اختيار المواد، وتصميم المكدسات، ونصف قطر الانحناء.لاحظ أنه يجب أيضاً التحقق من الأداء الكهربائي بعد اختبار الانحناء، حيث أن التلف الميكانيكي قد لا يكون دائماً واضحاً بصرياً ولكنه قد يؤثر على وظائف الدائرة.
اختبار الإجهاد الحراري
يقوم اختبار الإجهاد الحراري بتقييم الثبات الميكانيكي لثنائي الفينيل متعدد الكلور&8217 تحت درجات حرارة عالية، وخاصةً موثوقية وصلات اللحام والوصلات.وتتضمن الطريقة الأكثر شيوعًا غمر العينة في لحام منصهر عند درجة حرارة 288 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ (محاكاة لحام إعادة التدفق) وفحصها بحثًا عن أي تشققات أو تقرحات أو انفصال رقائق النحاس.بالنسبة للمنتجات عالية الموثوقية، قد يتطلب الأمر دورات صدمة حرارية متعددة.
ويكشف هذا الاختبار عن المشكلات المتعلقة بعدم تطابق معامل التمدد الحراري (CTE)، وهو سبب رئيسي لفشل الإجهاد الحراري. يجب أن يركز الفحص اللاحق للاختبار باستخدام الفحص المجهري أو التصوير بالأشعة السينية على الهياكل الداخلية، وخاصةً سلامة الجدار البيني. بالنسبة للوحات الوصلة البينية عالية الكثافة (HDI)، تعتبر موثوقية الشقوق الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص بسبب قابليتها للإجهاد الحراري.
3. اختبار القدرة على التكيف البيئي
يتحقق اختبار القدرة على التكيف البيئي لثنائي الفينيل متعدد الكلور بشكل أساسي من أداء ثنائي الفينيل متعدد الكلور في مختلف الظروف القاسية لضمان موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
اختبار التقادم في درجات الحرارة العالية
يقيِّم اختبار التقادم في درجات الحرارة العالية ثبات أداء ثنائي الفينيل متعدد الكلور في ظل التعرض لدرجات الحرارة العالية لفترات طويلة.يتم وضع العينات في بيئة تتجاوز درجات حرارة التشغيل العادية (على سبيل المثال 125 درجة مئوية أو 150 درجة مئوية) لمئات إلى آلاف الساعات، مع إجراء فحوصات دورية للتغيرات الكهربائية والفيزيائية.يعمل هذا الاختبار على تسريع تقادم المواد، مما يساعد على التنبؤ بعمر المنتج في الظروف العادية.
تشمل المعلمات الرئيسية التي يتم رصدها مقاومة العزل وفقدان العزل الكهربائي وتدهور القوة الميكانيكية.قد تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في تغير لون الركيزة أو التقصف أو تحلل الراتنج أو هجرة المعادن.بالنسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة (مثل إلكترونيات مقصورة محرك السيارات)، يعد هذا الاختبار مهمًا بشكل خاص لفحص المواد أو العمليات غير المناسبة.
اختبار الحرارة الرطبة
يحاكي اختبار الحرارة الرطبة تأثيرات الرطوبة العالية ودرجة الحرارة المرتفعة على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ويقيّم مقاومة الرطوبة ومقاومة تآكل المكونات المعدنية.الظروف النموذجية هي 85 درجة مئوية و85% رطوبة نسبية (RH)، وتستمر من 96 إلى 1,000 ساعة.أثناء الاختبار وبعده، يتم فحص مقاومة العزل ومقاومة العزل السطحي (SIR) وتآكل المعادن.
يمكن أن تتسبب البيئات الرطبة في حدوث العديد من أنماط الفشل، بما في ذلك انخفاض أداء العزل، ونمو التشعبات التي تسبب قصورًا في الدوائر الكهربائية، وتآكل وصلة اللحام، وتقرح الطلاء.بالنسبة للمعدات الخارجية، وإلكترونيات السيارات، والتطبيقات البحرية، فإن المقاومة الممتازة للحرارة الرطبة ضرورية.يجب أن تركز الفحوصات الوظيفية بعد الاختبار على الدوائر عالية المقاومة والمكونات ذات المقاييس الدقيقة لأن هذه المناطق أكثر حساسية للتلوث والرطوبة.
اختبار الرذاذ الملحي
يقيم اختبار رش الملح على وجه التحديد مقاومة تآكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتشطيبات السطحية في البيئات المالحة والرطبة.يتم تعريض العينات لرذاذ الملح بنسبة 5% عند درجة حرارة 35 درجة مئوية لمدة 24 ساعة إلى عدة مئات من الساعات، حسب متطلبات المنتج.هذا الاختبار مهم بشكل خاص للتطبيقات الساحلية والبحرية والسيارات.
يجب أن تفحص عمليات الفحص اللاحقة للاختبار المكونات المعدنية (مثل الوسادات والدبابيس والموصلات) بحثًا عن التآكل وتغييرات أداء المواد العازلة.تؤثر خيارات تشطيب السطح (مثل ENIG، القصدير الغاطس، OSP) بشكل كبير على النتائج.لاحظ أن اختبار رش الملح هو اختبار تآكل متسارع، وقد تختلف النتائج عن الأداء في العالم الحقيقي ولكنها توفر بيانات مواد مقارنة.
اختبار التدوير الحراري
يقوم اختبار التدوير الحراري بتقييم مقاومة ثنائي الفينيل متعدد الكلور للإجهاد الحراري عن طريق التبديل المتكرر بين درجات الحرارة القصوى (على سبيل المثال ° -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية).تتضمن كل دورة عادةً فترات سكون في درجة الحرارة وانتقالات سريعة، مع دورات إجمالية تتراوح بين المئات والآلاف.ويكشف هذا الاختبار عن عدم تطابق CTE، وإجهاد مفصل اللحام، والتفكك البيني.
تشمل عمليات الفحص بعد الاختبار الفحوصات البصرية والتحليل المقطعي والاختبار الوظيفي.تشمل أنماط الفشل الشائعة شقوق مفصل اللحام والكسور الممرية وإجهاد كرة BGA وتفريغ الركيزة.تفرض تطبيقات السيارات والفضاء الجوي متطلبات صارمة للتدوير الحراري بسبب التقلبات الواسعة والمتكررة في درجات الحرارة.
4. اختبار الأداء الكيميائي والاستخدامات الخاصة
اختبار التلوث الأيوني
يقيس اختبار التلوث الأيوني كمية الملوثات الأيونية المتبقية على أسطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والتي يمكن أن تسبب هجرة كهروكيميائية وتآكل.تُستخدم طريقة IPC-TM-650 بشكل شائع لقياس تغيرات الموصلية المذيبة بعد تنظيف العينات.يتم التعبير عن النتائج كتركيز كلوريد الصوديوم المكافئ بالميكروغرام/سم².
يقلل التلوث الأيوني العالي (على سبيل المثال ， من بقايا التدفق أو بصمات الأصابع أو المواد الكيميائية للمعالجة) بشكل كبير من مقاومة العزل السطحي وقد يؤدي إلى نمو التشعبات والدوائر القصيرة في البيئات الرطبة.بالنسبة للمنتجات ذات الموثوقية العالية، يجب التحكم في التلوث الأيوني بشكل صارم. ويعد التنظيف بعد الاختبار وتحسين العملية من الحلول الرئيسية.
اختبار التصاق الطلاء السطح
اختبار التصاق الطلاء السطح (مثل قناع اللحام والحبر الأسطوري والطلاءات المطابقة) لتقييم قوة الترابط بين الطبقات الواقية والركائز.تشمل الطرق الشائعة اختبار الشريط اللاصق (وضع شريط لاصق قياسي وإزالته بسرعة)، واختبار القطع المتقاطع (تسجيل نمط شبكي وتقييم الانفصال)، واختبار التآكل.
قد يتسبب سوء الالتصاق في حدوث تشوه في الطلاء أثناء الاستخدام، مما يضر بالحماية.تشمل العوامل المؤثرة نظافة السطح وعمليات المعالجة وتوافق المواد.تستدعي حالات الفشل في الاختبار مراجعة المعالجة المسبقة ومعايير المعالجة واختيار المواد.
اختبار EMI/EMC
يقيّم اختبار التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) واختبار التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) خصائص ثنائي الفينيل متعدد الكلور&8217 الكهرومغناطيسي، بما في ذلك الانبعاثات المشعة والمناعة.تُجرى الاختبارات في غرف محمية باستخدام هوائيات ومسابير ومعدات متخصصة لقياس شدة المجال الكهرومغناطيسي عند ترددات محددة.بالنسبة للأجهزة الرقمية واللاسلكية عالية السرعة، يعد الأداء الجيد للتشويش الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي/الترددات الكهرومغناطيسية أمراً بالغ الأهمية.
تشمل اعتبارات التصميم استراتيجيات التأريض، والتدريع، ودوائر الترشيح، وتحسين التخطيط.غالباً ما تتطلب الأعطال تصميمات مكدسة محسّنة أو توجيه التتبع أو مكونات ترشيح إضافية.لاحظ أن مشاكل التوافق التوافق الكهرومغناطيسي EMC غالباً ما تظهر في وقت متأخر ولكن يجب معالجتها في وقت مبكر من التصميم.
اختبار موثوقية وصلة اللحام
يقيّم اختبار موثوقية وصلات اللحام الأداء طويل الأجل تحت الضغط الميكانيكي والحراري.تشمل الطرق الشائعة اختبار القص (قياس قوة كسر وصلات اللحام) واختبار السحب واختبار الإجهاد الحراري.بالنسبة للحزم المتقدمة مثل BGA وCSP، تعتبر موثوقية وصلات اللحام مهمة بشكل خاص.
تساعد النتائج في تحسين تصميم الوسادة وعمليات اللحام واختيار المواد. تعمل تقنيات تحليل الأعطال مثل الفحص بالأشعة السينية واختراق الصبغة والمقاطع العرضية على تشخيص مشكلات اللحام. وقد زاد اللحام الخالي من الرصاص من أهمية هذه الاختبارات بسبب هشاشة السبائك الخالية من الرصاص.
5. مشكلات موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور الشائعة وحلولها
المشكلة 1: تفريغ ثنائي الفينيل متعدد الكلور تحت درجات حرارة عالية
الحل:
- استخدام مواد ذات درجة حرارة عالية (على سبيل المثال ° Tg ≥ 170 درجة مئوية) لمقاومة أفضل للحرارة
- تحسين معلمات التصفيح من أجل تدفق الراتنج والمعالجة المناسبة
- فحص المعالجة النحاسية للطبقة الداخلية من النحاس للتأكد من خشونة السطح الكافية
- النظر في المزيد من مواد ما قبل التركيب المتوافقة
- بالنسبة للتطبيقات عالية التردد، اختر المواد المملوءة بالسيراميك ذات CTE منخفضة التردد
المشكلة 2: الدوائر الداخلية المفتوحة للطبقة الداخلية أثناء اختبار الاستمرارية
الحل:
- تحسين جودة الحفر لضمان توصيلات الطبقة الداخلية المناسبة
- تحسين تمعدن الثقب (إزالة التشويه والطلاء) لتغطية موحدة
- ضبط معلمات الحفر لمنع الحفر الزائد
- استخدام ركائز مستقرة الأبعاد لتقليل الانكماش
- الحد من الإجهاد الحراري أثناء التسوية واللحام بالهواء الساخن
يوصى بالتحليل المقطعي المستعرض لتحديد مواقع الفشل.
الإصدار 3: تآكل النحاس بعد اختبار رش الملح
الحل:
- تطبيق التشطيبات السطحية السميكة مثل ENIG أو الذهب الصلب
- بالنسبة للتطبيقات الحساسة من حيث التكلفة، استخدم الفضة المغمورة أو OSP المحسنة
- تأكد من تغطية قناع اللحام بالكامل مع إحكام إغلاق الحواف بشكل جيد
- تعزيز التنظيف لإزالة البقايا المسببة للتآكل
- تجنب النحاس المكشوف عند حواف اللوح؛ فكر في طلاء الحواف
- اختيار سبائك النحاس المقاومة للتآكل
المسألة 4: أعطال التحكم في المعاوقة في الدوائر عالية التردد
الحل:
- قياس انحرافات المعاوقة بدقة
- ضمان سماكة عازلة متسقة مع تحكم أكثر صرامة في العملية
- صقل تصميمات عرض/مسافات التتبع/التصميمات الدقيقة
- استخدام مواد ذات ثوابت عازلة مستقرة (Dk/Df منخفضة)
- تحسين تكدس الطبقات مع مستويات مرجعية غير متقطعة
- التعاون مع الشركات المصنعة بشأن قدرات المعالجة
- إجراء عمليات محاكاة ما قبل الإنتاج
المشكلة 5: رفع الوسادة بعد اللحام الخالي من الرصاص
الحل:
- استخدم مواد عالية Tg أو خالية من الهالوجين لمقاومة أفضل للحرارة
- تحسين تصميمات الوسادة لتجنب التركيز الحراري (مثل قطرات الدموع)
- تقليل درجات حرارة اللحام وأوقات اللحام مع الحفاظ على الجودة
- ضمان الترابط المناسب بين النحاس والركيزة باستخدام المعالجات السطحية
- بالنسبة للألواح النحاسية السميكة، استخدم التسخين المسبق المتدرج لتقليل الضغط
- ضع في اعتبارك الركائز منخفضة الاستهلاك الحراري الميكانيكي مثل الألواح المعدنية أو الألواح الخزفية
- تحسين فتحات قناع اللحام لمنع تركيز الضغط
الخاتمة
يعد اختبار موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور رابطًا رئيسيًا لضمان التشغيل المستقر طويل الأجل للمنتجات الإلكترونية طوال دورة الحياة الكاملة للتصميم والتصنيع والتطبيق. ويشمل نظام الاختبار الشامل الأداء الكهربائي والخصائص الميكانيكية والقدرة على التكيف البيئي والخصائص الكيميائية وغيرها من الأبعاد، والتي يمكن أن تحدد بشكل فعال العيوب المحتملة والروابط الضعيفة. يمكن معالجة مشاكل الموثوقية الشائعة مثل التفريغ والدوائر المفتوحة والتآكل وانحرافات المعاوقة وعيوب اللحام من خلال التحليل المنهجي وتدابير التحسين المستهدفة. إن اختيار مُصنِّع ثنائي الفينيل متعدد الكلور من ذوي الخبرة، وإنشاء عملية اختبار موثوقية سليمة، والنظر في عوامل قابلية التصنيع والموثوقية في وقت مبكر من عملية التصميم، هي طرق فعالة لتحسين جودة المنتج.