Wie Sie wissen, bilden Leiterplatten das Rückgrat vieler elektronischer Geräte. Leiterplatten müssen jedoch vor Delamination geschützt werden. In der Regel tritt die Delamination von Leiterplatten aufgrund von Herstellungsfehlern auf. Dies ist ein potenziell schädlicher Zustand während des Herstellungsprozesses und wird in der Regel durch Feuchtigkeit verursacht. Feuchtigkeit schädigt das Klebematerial erheblich und trennt die Basisschichten.
Eine kleine Delamination ist zwar verschmerzbar, aber größere Delaminationen verursachen echte Probleme. Dieser Artikel analysiert PCB-Delamination gründlich, wie man sie verhindern kann und warum sie auftritt. Lesen Sie ihn also sorgfältig bis zum Ende, um alles darüber zu erfahren. Los geht's!
Was ist PCB-Delamination?
Bei der PCB-Delamination beginnen sich die Schichten der Basismaterialien voneinander zu lösen. Da PCBs aus mehreren Schichten bestehen, darunter isolierende Substratschichten und leitfähige Kupferschichten, schwächt dies die PCB und macht sie anfälliger für Ausfälle.
Verwandte Formen der Delamination werden auch als PCB-Maserung und PCB-Crazing bezeichnet. Bei PCB-Maserung bilden sich sehr kleine, delaminierte weiße Flecken. Crazing hingegen ist ein Zustand, bei dem sich die Fasern im Glasfasergewebe und Harzmaterial einer Leiterplatte trennen.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Delamination auf der Oberflächenschicht einer Leiterplatte. Der kreisförmige verfärbte Bereich zeigt, wo sich die oberen Materialschichten vom Grundmaterial zu lösen beginnen.
Was verursacht eine PCB-Delamination während der Produktion?
Möchten Sie wissen, was Delamination verursacht? Im Folgenden sind die Hauptfaktoren aufgeführt, die zu Delamination führen können.
Überschüssige Feuchtigkeit
Der häufigste Grund für Delamination ist die in den Leiterplatten-Basismaterialien eingeschlossene Feuchtigkeit. Ungünstige Lagerbedingungen von Laminatmaterialien können zu einer Feuchtigkeitsaufnahme führen. Übermäßige Feuchtigkeit im Leiterplattensubstrat kann während der Herstellung zu Delamination führen. Darüber hinaus sind Leiterplatten-Basismaterialien hygroskopisch und können daher leicht Wasser aufnehmen. Übermäßige Feuchtigkeit in der Leiterplatte führt nicht immer zu Delamination, trägt aber zur CAF (Conductive Anodic Filamentation) bei.
Wärmebelastung
Ein weiterer häufiger Faktor ist die Dauer der Beanspruchung einer Leiterplatte bei hohen Temperaturen. Wiederholte thermische Belastungen bis hin zu hohen Temperaturen können bei der Montage zu Delamination führen. Auch nach der Montage kann es zu Delamination kommen, wenn die Leiterplatte wiederholt thermischer Belastung über ihre Glasübergangstemperatur ausgesetzt ist. Die Delamination durch thermische Belastung kann in den inneren Schichten beginnen, ohne die äußeren Schichten zu beeinträchtigen.
Schlechte Herstellungsprozesse
Auch mangelhafte Herstellungsverfahren können zur Delamination von Leiterplatten führen. Leiterplatten durchlaufen während der Herstellung eine Reihe von Schritten wie Ätzen, Bedrucken und Plattieren. Werden alle diese Schritte vollständig durchgeführt und hochwertige Materialien und Geräte verwendet, lässt sich die Delamination deutlich reduzieren.
Materialien von geringer Qualität
Der wichtigste Faktor für die Delamination von Leiterplatten ist die Verwendung minderwertiger Materialien. Wenn die Qualität der in Ihrer Leiterplatte verwendeten Materialien nicht den Anforderungen entspricht, steigt das Risiko einer Delamination. Darüber hinaus reduziert die Verwendung geeigneter Handhabungstechniken für die Leiterplattenmaterialien den Delaminationsprozess erheblich.
Falscher Typ von FR-4 Tg-Materialien
Wenn Sie FR-4-Material mit dem falschen Tg-Typ verwenden, kann es zu Delamination kommen. Dies kann auch die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit beeinträchtigen. Daher ist es wichtig, bei der Herstellung von Leiterplatten das richtige FR-4-Tg-Material zu verwenden. Dies kann die Haltbarkeit Ihrer Leiterplatten im Laufe der Zeit beeinträchtigen.
Auswirkungen und Folgen der PCB-Delamination
Delamination kann die optimale Leistung der Leiterplatte beeinträchtigen. Die Auswirkungen und Folgen sind:
Probleme mit der elektrischen Leistung
Durch Delamination können sich die Kupferleiterbahnen vom Dielektrikum lösen. Dies kann zu Übersprechen, Signalreflexionen, Impedanzschwankungen und Rauschen führen, die die elektrische Leistung der Platine beeinträchtigen.
Hohes Ausfallrisiko
Delamination kann die physikalische Struktur der Leiterplatte schwächen und sie anfällig für mechanische Belastungen und mechanische Probleme machen.
Reduzierte Lebensdauer
Hitzeprobleme, eine geschwächte Struktur und elektrische Probleme verringern die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Leiterplatte.
Probleme mit der Wärmeableitung
Luft leitet Wärme schlechter als andere Platinenmaterialien. Durch Delamination entstehen Luftspalten, die Bereiche mit thermischem Widerstand bilden, welche die aktiven Komponenten auf der Platine belasten können.
PCB-Delamination vs. Masern
Wie ich bereits in diesem Blogbeitrag erläutert habe, handelt es sich bei Delamination um die Trennung von Schichten Ihres PCB-Basismaterials, wodurch Blasen oder Lücken entstehen, die wie Blasen aussehen. Dies geschieht im Herstellungsprozess, wenn Feuchtigkeit oder Hitze in Ihre Leiterplatte eindringt.
Bei PCB-Maserung hingegen handelt es sich um die Auflösung von Teilen in den Geweben der Platine. Sie kann erträglich und geringfügig sein, solange sie nicht häufig auftritt oder Lötaugen und Leiterbahnen nicht überbrückt. Auch Belastungen während des Herstellungsprozesses können Maserung verursachen.
Wie kann eine Delaminierung der Leiterplatte verhindert werden?
Im Folgenden finden Sie einige Tipps zur Vermeidung einer Delaminierung der Leiterplatte.
Halten Sie eine trockene Umgebung
Wie bereits erwähnt, tritt Delamination auf, wenn die Platine Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Wenn Sie Ihre Leiterplatte daher längere Zeit lagern, achten Sie darauf, sie trocken zu halten. Am besten bewahren Sie die Platine in einem geschlossenen Behälter ohne Risse oder Löcher auf.
Richtiges Backen
Das Backen von Leiterplatten vor der thermischen Verarbeitung ist in der Leiterplattenindustrie gängige Praxis. Dies ist erforderlich, da sich Feuchtigkeit zwischen den Dielektrikum- und Kupferschichten festsetzen und Delamination verursachen kann. Das Backen von Leiterplatten vor der thermischen Verarbeitung hilft, Feuchtigkeit von der Leiterplattenoberfläche zu entfernen und so Delamination der Leiterplatte zu verhindern.
Verwenden Sie hochwertige Komponenten
Wie bereits erwähnt, kann die Qualität der Materialien und Komponenten die Leistung der Leiterplatte beeinflussen. Wenn Sie also hochwertige Materialien und Komponenten verwenden, funktioniert Ihre Leiterplatte einwandfrei und Sie verhindern Delamination.
Ordnungsgemäße Handhabung
Ein weiterer wichtiger Faktor zur Vermeidung von Delamination ist die ordnungsgemäße Handhabung. Dies beginnt mit der Auswahl eines Lieferanten, der alle Qualifikationstests besteht und Ihre Anforderungen erfüllt. Darüber hinaus muss Ihre Leiterplatte unter optimalen Bedingungen gelagert werden, die ihre Leistung nicht beeinträchtigen.
Schritte zur Delaminationsreparatur
Sie können Delaminationsreparaturmaßnahmen durchführen. Zunächst benötigen Sie jedoch Kugelmühlen, Schneidwerkzeuge, ein Mikroskop, ein Mikrobohrsystem, Spritzen, einen Ofen, Epoxidharz und Reinigungstücher. Diese Reparaturmaßnahmen sind:
Reinigen Sie zunächst die Oberfläche der Tafel mit Tüchern.
Bohren Sie mit dem Mikrobohrer mindestens zwei Löcher in die Delaminationsblase. Bohren Sie nicht zu tief, um die Schaltkreise oder inneren Ebenen nicht freizulegen.
Backen Sie die Leiterplatte im Ofen, um eventuell vorhandene Feuchtigkeit zu entfernen.
Anschließend füllen Sie das Epoxidharz in die Kartusche und spritzen es in eines der Bohrlöcher.
Wenn die Blase nicht richtig gefüllt ist, üben Sie leichten Druck auf die Platte aus.
Härten Sie das Epoxidharz 24 Stunden lang bei Raumtemperatur oder eine Stunde lang bei 74 °C (165 °F) aus.
Kratzen Sie überschüssiges Epoxidharz mit einem Messer oder Schaber ab.
Evaluierung
Nach dem Trocknen ist eine Sichtprüfung auf Farbe und Textur erforderlich. Führen Sie zusätzlich elektrische Tests an den Leitern rund um die reparierten Bereiche durch, um sicherzustellen, dass alles ordnungsgemäß funktioniert.
Arten von Tests zur Messung der PCB-Delamination
Es gibt viele Tests, mit denen sich die Delamination messen lässt. Einige davon sind:
Rasterakustische Mikroskopie (SAM)
SAM nutzt Ultraschallwellen, um die Dicke von Materialien zu prüfen. Diese Methode eignet sich besonders zur Delamination, wenn sich zwei verbundene Oberflächen trennen. Bei der Rasterakustischen Mikroskopie wird die Materialoberfläche mithilfe eines Lasers untersucht. Der Laser erstellt eine Karte der Materialoberfläche, sodass Forscher feststellen können, ob Delaminationsfehler oder Risse vorliegen.
Thermomechanische Analyse (TMA)
Dieser Test misst, wie viel Energie zum Brechen einer Probe erforderlich ist. Dabei wird Druck auf die Probe ausgeübt und anschließend die zum Brechen benötigte Energie gemessen. Wenn keine Delamination vorliegt, sollte sich auch die Bremskraft nicht ändern.
Stresstestparameter
Klare Parameter sind wichtig, um eine präzise Leiterplatte zu erhalten, die auch Zeiten hoher Beanspruchung standhält. Nachfolgend finden Sie die Stresstestparameter zur Vermeidung von PCB-Delamination.
Lötschwimmtest
Es handelt sich um einen Stresstestparameter und einen beschleunigten Lebensdauertest. Er simuliert die Auswirkungen einer Lötverbindung, die Temperaturwechseln ausgesetzt ist. Dieser Test wird bei 288 °C durchgeführt.
Interconnect-Stresstest (IST)
Dieser Test ermöglicht es Ingenieuren, Gleichtaktstörungen zu ermitteln und so Probleme zu reduzieren. Er ermöglicht es, vor der Herstellung festzustellen, ob die Leiterplatten gefährdet sind. Bei diesem Test wird eine statische Kraft auf die Leiterplatte ausgeübt. Die statische Kraft wird zehn Sekunden lang ausgeübt und dann 30 Sekunden lang gelöst. Dieser Zyklus wird eine Minute lang wiederholt.
N Durchgänge in der Reflow-Simulation
Bei diesem Test wird der Hochtemperatur-Reflow-Prozess durch mehrmaliges Erhitzen und Abkühlen der Leiterplatte stimuliert. Jedes Erhitzen und Abkühlen der Leiterplatte wird als „N-Durchgang“ bezeichnet. Die Anzahl der N-Durchgänge, bei denen keine Delamination beobachtet wird, ist die maximal zulässige Anzahl von N-Durchgängen.
Zeit bei 260°C
Möchten Sie sicherstellen, dass Ihre Leiterplatte nicht delaminiert? Dann achten Sie darauf, dass die Zeit bei 260 °C länger als zehn Minuten ist. Die Temperaturdauer der Leiterplatte während des Tests hängt außerdem von der Art des Epoxidharzes ab, das bei ihrer Herstellung verwendet wird. Einige Epoxidharze sind hitzebeständiger als andere. Daher benötigen sie weniger Zeit bei hohen Temperaturen.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Delamination überall auftreten kann. Mangelhafte Herstellungsverfahren sind jedoch die Hauptursache für PCB-Delamination. Obwohl es bestimmte Techniken zur Behebung des Problems gibt, ist es besser, es zu vermeiden. Wenn Sie zuverlässige, delaminationsresistente PCBs benötigen, wenden Sie sich sofort an PCBasic, um hochwertige, auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnittene Leiterplatten zu erhalten. Kontaktieren Sie uns jetzt, und wir liefern Ihnen Leiterplatten mit minimalem bis gar keinem Delaminationsrisiko. Wir hoffen, wir haben alle Aspekte der PCB-Delamination beschrieben.
