Säröillä olevat viat ja tynnyrihalkeamat PCB:ssä

Haljenneet läpiviennit ja tynnyrihalkeamat ovat kriittisimpiä piilevät luotettavuushäiriöt PCB-valmistuksessa.

Nämä viat läpäisevät usein alkuperäisen sähköisen testauksen, mutta epäonnistuvat myöhemmin lämpö- tai mekaanisessa rasituksessa, mikä tekee niistä erityisen vaarallisia korkean luotettavuuden sovelluksissa.

Tässä artikkelissa selitetään:

• Mitä ovat halkeamat ja tynnyrihalkeamat?
• Miksi niitä esiintyy
• Miten ne havaitaan
• Miten valmistajat vähentävät niiden esiintymistä

Mitä ovat Via- ja tynnyrihalkeamat?

Crackin kautta

Läpivientihalkeama on murtuma läpiviennin kuparipinnoitteessa, tyypillisesti:

• Polvi via
• Kuparin ja dielektrisen aineen välinen rajapinta

Tynnyrin halkeama

Piippuhalkeamalla tarkoitetaan erityisesti kehän halkeama päällystetyssä piipussa.

Molemmat katkaisevat sähköjatkuvuuden ajan myötä.

Miksi Via-säröt ovat vakava luotettavuusongelma

Halkeamat ovat vaarallisia, koska ne:

• ovat usein ajoittaisia
• Pahenee lämpökierron myötä
• Niitä on vaikea havaita silmämääräisesti

Ne ilmenevät usein vasta kenttäkäytön tai rasitustestien jälkeen.

Yleiskatsaus epäonnistumiseen:
Yleiset PCB-viat selitetty

Via- ja tynnyrihalkeamien ensisijaiset syyt

Z-akselin laajeneminen epäsuhta

Kuumennettaessa dielektriset materiaalit laajenevat Z-akselilla enemmän kuin kupari.

Toistuva laajeneminen ja supistuminen aiheuttavat jännitystä piipun kautta.

Ohut tai epätasainen kuparointi

Riittämätön pinnoitepaksuus vähentää läpiviennin kykyä ottaa vastaan mekaanista rasitusta.

Prosessin yksityiskohdat:
Kuparointiprosessi PCB-valmistuksessa

Suuren kuvasuhteen läpiviennit

Suuren kuvasuhteen läpivientejä on haastavampi levyttää tasaisesti, ja niihin kohdistuu suurempi rasitus.

Liiallinen lämpökierto

Toistuva altistuminen:

• Reflow-juottaminen
• Virtapyöräily
• Ympäristön lämpötilan muutokset

Nopeuttaa halkeamien muodostumista.

Luotettavuuden testaus:
PCB:n lämpöluotettavuuden testaus

Suunnittelutekijät, jotka lisäävät halkeamariskiä Via Crackin kautta

Tietyt suunnittelupäätökset lisäävät riskiä merkittävästi.

Korkean riskin suunnitteluvalinnat

• Erittäin pienet läpivientien halkaisijat
• Ohut piirilevyn paksuus syvillä läpivienneillä
• Suuret kuparitasot ilman helpotusta
• Tiheät via-in-pad-rakenteet

Suunnittelun luotettavuustarkastelu on ratkaisevan tärkeää.

Via-säröjä aiheuttavat valmistustekijät

Porauksen laatu

Poran tahra, karkeat reiän seinämät tai kuitujen irtoaminen heikentävät kuparin tarttuvuutta.

Vertailu:
PCB-poraus vs. laserporaus

Riittämätön desmear-prosessi

Huono desmear estää kuparin kunnollisen kiinnittymisen dielektriseen aineeseen.

Plating Stressin hallinta

Vääränlainen pinnoituskemia voi aiheuttaa kuparikerrostumiin sisäisiä jännityksiä.

Miten halkeamat havaitaan

Halkeamat havaitaan harvoin pelkällä pintatarkastuksella.

Yleiset havaitsemismenetelmät

• Lämpökuormitustestaus
• Mikroleikkausanalyysi
• Sähköinen testaus pyöräilyn jälkeen
• Röntgentarkastus (rajoitettu tehokkuus)

Yleiskatsaus tarkastukseen:
PCB:n tarkastus ja testaus selitetty

Haljenneiden vias- ja tynnyrihalkeamien estäminen

Suunnittelutason ennaltaehkäisy

• Riittävä läpimitta
• Hallittu kuvasuhde
• Lämpötilan helpotuskuviot

Prosessitason ehkäisy

• Optimoidut porausparametrit
• Tasainen kuparipinnoituksen paksuus
• Jännitysohjattu pinnoituskemia

Materiaalin valinta

• Materiaalit, joiden laajeneminen Z-akselilla on vähäistä
• Korkean Tg-arvon laminaatit lämpöstabiilisuuden varmistamiseksi

TOPFASTin kaltaiset valmistajat sisällyttävät luotettavuusnäkökohdat jo varhaisessa vaiheessa prosessin suunnitteluun.

Suhde muihin PCB:n vikaantumistapoihin

Via cracks usein rinnakkain:

• Delaminaatio
• CAF:n muodostaminen
• Ajoittaiset avoimet virtapiirit

Aiheeseen liittyvä aihe:
PCB Delamination Syyt ja ehkäisy

Päätelmä

Halkeilleet läpiviennit ja tynnyrihalkeamat eivät ole satunnaisia vikoja vaan ennustettavissa olevia seurauksia seuraavista syistä lämpörasitus, suunnittelupäätökset ja prosessin rajoitukset.

Kautta:

• Asianmukaiset suunnittelukäytännöt
• Valvotut valmistusprosessit
• Asianmukainen materiaalivalinta

Niiden esiintymistä voidaan vähentää merkittävästi.

Via Cracks in PCB FAQ