Vias fissuradas e fissuras de barril em PCB

As vias fissuradas e as fissuras de barril estão entre as mais críticas falhas de fiabilidade latentes no fabrico de placas de circuito impresso.

Estes defeitos passam frequentemente nos testes eléctricos iniciais mas falham mais tarde sob tensão térmica ou mecânica, o que os torna especialmente perigosos em aplicações de elevada fiabilidade.

Este artigo explica-o:

• O que são as fissuras de via e as fissuras de barril
• Porque é que ocorrem
• Como são detectados
• Como é que os fabricantes reduzem a sua ocorrência

O que são as fissuras de via e as fissuras de barril?

Via Crack

Uma fissura numa via é uma fratura no revestimento de cobre de uma via, normalmente na:

• O joelho da via
• A interface entre o cobre e o dielétrico

Rachadura de barril

Uma fissura de cano refere-se especificamente a uma fenda circunferencial no tubo de via revestido.

Ambos interrompem a continuidade eléctrica ao longo do tempo.

Porque é que as fissuras na via são um grave problema de fiabilidade

As fissuras nas vias são perigosas porque:

• São frequentemente intermitentes
• Agrava-se com o ciclo térmico
• São difíceis de detetar visualmente

Frequentemente, só aparecem após uma utilização no terreno ou um teste de esforço.

Síntese de falhas:
Explicação das falhas comuns de PCB

Principais causas de fissuras na via e no barril

Inadequação da expansão do eixo Z

Durante o aquecimento, os materiais dieléctricos expandem-se mais do que o cobre no eixo Z.

A expansão e a contração repetidas criam tensões no tubo da via.

Revestimento de cobre fino ou não uniforme

Uma espessura de revestimento insuficiente reduz a capacidade da via para absorver tensões mecânicas.

Detalhe do processo:
Processo de revestimento de cobre no fabrico de PCB

Vias de elevada relação de aspeto

As vias de elevado rácio de aspeto são mais difíceis de revestir uniformemente e sofrem maior tensão.

Ciclo térmico excessivo

Exposição repetida a:

• Soldadura por refluxo
• Ciclismo de potência
• Alterações da temperatura ambiente

Acelera a formação de fissuras.

Testes de fiabilidade:
Teste de fiabilidade térmica de PCB

Factores de conceção que aumentam o risco de fissuras na via

Certas decisões de conceção aumentam significativamente o risco.

Escolhas de conceção de alto risco

• Diâmetros de via muito pequenos
• Espessura fina da placa de circuito impresso com vias profundas
• Grandes planos de cobre sem relevo
• Estruturas densas via-in-pad

A análise da conceção para a fiabilidade é fundamental.

Factores de fabrico que contribuem para as fissuras da via

Qualidade da perfuração

Manchas de broca, paredes de orifícios rugosas ou arrancamento de fibras enfraquecem a adesão do cobre.

Comparação:
Perfuração de PCB vs Perfuração a laser

Processo de descoloração inadequado

Uma má descoloração impede a ligação adequada do cobre ao dielétrico.

Controlo das tensões de revestimento

Uma química de revestimento incorrecta pode introduzir tensões internas nos depósitos de cobre.

Como são detectadas as fissuras da Via

As fissuras de via raramente são detectadas apenas pela inspeção da superfície.

Métodos de deteção comuns

• Ensaios de stress térmico
• Análise de micro-secções
• Ensaios eléctricos após o ciclo
• Inspeção por raios X (eficácia limitada)

Síntese da inspeção:
Explicação da inspeção e dos testes de PCB

Prevenção de fissuras em Vias e Barris

Prevenção ao nível da conceção

• Diâmetro adequado da via
• Rácio de aspeto controlado
• Padrões de alívio térmico

Prevenção ao nível do processo

• Parâmetros de perfuração optimizados
• Espessura uniforme do revestimento de cobre
• Química de revestimento com controlo de tensões

Seleção de materiais

• Materiais com baixa expansão do eixo Z
• Laminados de alta Tg para estabilidade térmica

Fabricantes como a TOPFAST integram considerações de fiabilidade desde o início do planeamento do processo.

Relação com outros modos de falha de PCB

As fissuras da via coexistem frequentemente com:

• Delaminação
• Formação de CAF
• Circuitos abertos intermitentes

Tópico relacionado:
Causas e prevenção da delaminação de PCB

Conclusão

As vias fissuradas e as fissuras em barril não são defeitos aleatórios, mas resultados previsíveis de tensão térmica, decisões de conceção e limitações do processo.

Através de:

• Práticas de conceção adequadas
• Processos de fabrico controlados
• Seleção adequada de materiais

A sua ocorrência pode ser significativamente reduzida.

Via Fissuras em PCB FAQ