Comme vous le savez, les circuits imprimés (PCB) constituent la base de nombreux appareils électroniques. Cependant, ils doivent être protégés contre le délaminage. Ce phénomène est généralement dû à des défauts de fabrication. Il s'agit d'un phénomène potentiellement dangereux lors du processus de fabrication, généralement dû à l'humidité. L'humidité endommage considérablement le matériau adhésif et sépare les couches de base.
Un petit délaminage est tolérable, mais c'est à grande échelle que les problèmes se posent. Cet article analyse en détail le délaminage des circuits imprimés, comment le prévenir et pourquoi il se produit. Lisez-le donc attentivement jusqu'au bout pour tout savoir. C'est parti !
Qu'est-ce que le délaminage des PCB ?
Lors du délaminage d'un PCB, les couches de matériaux de base commencent à se séparer. Les PCB étant composés de plusieurs couches, dont des couches de substrat isolant et des couches de cuivre conductrices, la séparation de ces couches fragilise le PCB et le rend plus vulnérable aux pannes.
Des formes apparentées de délaminage sont également appelées « délaminage » et « crazing » des PCB. Le délaminage des PCB se caractérise par la formation de très petites taches blanches délaminées. Le craquelage, quant à lui, se produit lorsque les fibres du tissu de verre et de la résine d'un PCB se séparent.
L'exemple suivant illustre le délaminage de la couche superficielle d'un circuit imprimé. La zone circulaire décolorée correspond à l'endroit où les couches supérieures du matériau commencent à se séparer du matériau de base.
Quelles sont les causes du délaminage des PCB pendant la production ?
Vous souhaitez connaître les causes du délaminage ? Voici les principaux facteurs pouvant entraîner un délaminage.
Excès d'humidité
La cause la plus fréquente de délaminage est l'humidité emprisonnée dans les matériaux de base des circuits imprimés. Des conditions de stockage défavorables des matériaux stratifiés peuvent entraîner une absorption d'humidité. De plus, un excès d'humidité dans le substrat du circuit imprimé peut provoquer un délaminage pendant la fabrication. De plus, les matériaux de base des circuits imprimés sont hygroscopiques et peuvent donc facilement absorber l'eau. Un excès d'humidité dans le circuit imprimé ne provoque pas toujours un délaminage, mais contribue à la filamentation anodique conductrice (CAF).
Stress thermique
L'autre facteur commun est la durée pendant laquelle une carte est exposée à des températures élevées. Des contraintes thermiques répétées, atteignant des températures élevées, peuvent provoquer un délaminage lors de l'assemblage. Même après assemblage, si le circuit imprimé subit des contraintes thermiques répétées supérieures à sa température de transition vitreuse, un délaminage peut se produire. Le délaminage dû aux contraintes thermiques peut débuter dans les couches internes sans affecter les couches externes.
Mauvais processus de fabrication
Des procédés de fabrication défaillants peuvent également entraîner un délaminage des circuits imprimés. Lors de leur fabrication, les circuits imprimés doivent passer par une série d'étapes telles que la gravure, l'impression et le placage. Si toutes ces étapes sont parfaitement maîtrisées et que des matériaux et équipements de haute qualité sont utilisés, le délaminage est considérablement réduit.
Matériaux de mauvaise qualité
Le facteur le plus important de délaminage des circuits imprimés est l'utilisation de matériaux de mauvaise qualité. Lorsque la qualité des matériaux utilisés dans votre circuit imprimé n'est pas à la hauteur, les risques de délaminage sont plus élevés. De plus, l'utilisation de techniques de manipulation appropriées pour les matériaux du circuit imprimé réduit considérablement le processus de délaminage.
Type incorrect de matériaux FR-4 Tg
Si vous utilisez un matériau FR-4 avec une Tg incorrecte, vous risquez de subir un délaminage. Cela peut également nuire à leur longévité et à leur fiabilité. Il est donc important d'utiliser le bon type de matériau FR-4 Tg lors de la fabrication de circuits imprimés. Cela peut affecter leur tenue dans le temps.
Effets et conséquences du délaminage des PCB
Le délaminage peut affecter les performances optimales des circuits imprimés. Ses effets et conséquences sont les suivants :
Problèmes de performances électriques
Le délaminage peut décoller les pistes de cuivre du diélectrique. Il peut alors provoquer une diaphonie, des réflexions de signal, des variations d'impédance et du bruit, ce qui dégrade les performances électriques de la carte.
Risque élevé d'échec
Le délaminage peut affaiblir la structure physique du PCB, le rendant vulnérable aux contraintes mécaniques et aux problèmes mécaniques.
Durée de vie réduite
Les problèmes de chaleur, la structure affaiblie et les problèmes électriques réduisent la durée de vie et la fiabilité du PCB.
Problèmes de dissipation de chaleur
L'air n'est pas un bon conducteur de chaleur comme d'autres matériaux pour cartes. De plus, le délaminage crée des espaces d'air qui développent des zones de résistance thermique susceptibles de solliciter les composants actifs de la carte.
Délaminage des PCB vs rougeole
Comme je l'ai déjà mentionné dans cet article, la délamination est la séparation des couches de matériaux de base de votre circuit imprimé, ce qui crée des bulles ou des espaces ressemblant à des cloques. Ce phénomène se produit lors du processus de fabrication lorsque de l'humidité ou de la chaleur sont présentes dans votre circuit imprimé.
En revanche, la désintégration des circuits imprimés se caractérise par la désintégration de pièces dans les mailles internes de la carte. Elle peut être tolérable et mineure jusqu'à ce qu'elle devienne rare ou qu'elle ne relie pas les soudures et les conducteurs. De plus, les contraintes lors du processus de fabrication peuvent provoquer une désintégration.
Comment éviter le délaminage des PCB ?
Voici quelques conseils pour éviter le délaminage des PCB.
Maintenir un environnement sec
Comme mentionné précédemment, la délamination se produit lorsque la carte est exposée à l'humidité. Par conséquent, si vous stockez votre circuit imprimé pendant une longue période, veillez à le garder au sec. L'idéal est de conserver la carte dans un contenant fermé, exempt de fissures et de trous.
Cuisson appropriée
La cuisson des cartes avant le traitement thermique est une pratique courante dans l'industrie des PCB. Elle est nécessaire car l'humidité peut être emprisonnée entre les couches diélectrique et de cuivre, provoquant ainsi un délaminage. La cuisson des cartes avant le traitement thermique permet d'éliminer l'humidité de la surface et ainsi d'éviter le délaminage des PCB.
Utilisez des composants de haute qualité
Comme mentionné précédemment, la qualité des matériaux et des composants peut influencer les performances du circuit imprimé. Par conséquent, en utilisant des matériaux et des composants de haute qualité, votre circuit imprimé fonctionnera correctement et évitera le délaminage.
La manipulation correcte
Un autre facteur courant pour prévenir le délaminage est une manipulation appropriée. Cela commence par le choix d'un fournisseur capable de passer tous les tests de qualification et de répondre à vos besoins. De plus, il est essentiel de stocker votre circuit imprimé dans des conditions optimales qui n'affecteront pas ses performances.
Étapes de réparation du délaminage
Vous pouvez mettre en œuvre des étapes de réparation du délaminage. Mais vous aurez d'abord besoin de broyeurs à boulets, d'outils de coupe, d'un microscope, d'un système de micro-perçage, de seringues, d'un four, d'une résine époxy et de lingettes. Ces étapes sont les suivantes :
Tout d’abord, nettoyez la surface de la planche à l’aide de lingettes.
Percez au moins deux trous dans la plaquette de délaminage à l'aide d'une micro-perceuse. Ne percez pas trop profondément pour ne pas exposer les circuits ou les plans internes.
Faites cuire le PCB au four pour éliminer toute humidité éventuelle.
Ensuite, versez l’époxy dans la cartouche et injectez-la dans l’un des trous percés.
Appliquez une légère pression sur la planche si la plaquette n'est pas correctement remplie.
Laissez durcir l’époxy à température ambiante pendant 24 heures ou à 74 °C (165 °F) pendant une heure.
Grattez tout excès d’époxy à l’aide d’un couteau ou d’un grattoir.
Évaluation
Après séchage, il est nécessaire de procéder à un examen visuel pour vérifier la couleur et la texture. De plus, effectuez des tests électriques sur les conducteurs autour des zones réparées pour vérifier le bon fonctionnement.
Types de tests pour mesurer le délaminage des PCB
Il existe de nombreux tests permettant de mesurer le délaminage. En voici quelques-uns :
Microscopie acoustique à balayage (SAM)
La microscopie acoustique à balayage (SAM) utilise des ultrasons pour vérifier l'épaisseur des matériaux. Cette méthode est particulièrement utile en cas de délaminage, lorsque deux surfaces collées se séparent. La microscopie acoustique à balayage utilise un laser pour examiner la surface du matériau. Le laser crée une cartographie de la surface du matériau, permettant aux chercheurs d'évaluer la présence de défauts de délaminage ou de fissures.
Analyse thermomécanique (TMA)
Ce test mesure l'énergie nécessaire à la rupture d'un échantillon. Il applique une pression sur l'échantillon, puis mesure l'énergie nécessaire à sa rupture. En l'absence de délaminage, la force de freinage ne devrait pas être modifiée.
Paramètres des tests de résistance
Il est essentiel de définir des paramètres clairs pour obtenir un circuit imprimé précis et résistant aux périodes de forte sollicitation. Voici les paramètres de test de contrainte permettant d'éviter le délaminage du circuit imprimé.
Test de flottement de soudure
Il s'agit d'un test de contrainte et d'un test de durée de vie accéléré. Il simule les effets d'un joint de soudure soumis à des cycles thermiques. Ce test est réalisé à 288 °C.
Test de stress d'interconnexion (IST)
Ce test permet aux ingénieurs d'extraire les modes communs et ainsi de réduire les problèmes. Il permet d'identifier si les circuits imprimés sont à risque, et ce, avant même leur fabrication. Lors de ce test, une force statique est appliquée au circuit imprimé pendant dix secondes, puis relâchée pendant 30 secondes. Ce cycle est répété pendant une minute.
N passes dans la simulation de refusion
Ce test consiste à stimuler le processus de refusion à haute température en chauffant et en refroidissant le circuit imprimé plusieurs fois. Chaque chauffage et refroidissement du circuit imprimé est appelé « N-pass ». Le nombre maximal de N-passes sans délaminage observé est le nombre maximal autorisé.
Temps à 260°C
Vous souhaitez vous assurer que votre circuit imprimé ne se délaminera pas ? Assurez-vous alors que le temps de maintien à 260 °C soit supérieur à dix minutes. De plus, la durée de maintien en température du circuit imprimé pendant le test dépend du type d'époxy utilisé pour sa fabrication. Certains époxydes sont plus résistants à la chaleur que d'autres. Ils nécessitent donc moins de temps à haute température.
Conclusion
En conclusion, la délamination peut survenir n'importe où. Cependant, des procédés de fabrication non conformes sont la principale cause de délamination des circuits imprimés. Bien qu'il existe certaines techniques pour résoudre ce problème, il est préférable de l'éviter. Si vous avez besoin de circuits imprimés fiables et résistants à la délamination, contactez PCBasic sans plus attendre pour des cartes de haute qualité, adaptées à vos besoins spécifiques. Contactez-nous dès maintenant et nous vous fournirons des cartes présentant un risque de délamination minimal, voire nul. Nous espérons avoir décrit tous les aspects de la délamination des circuits imprimés.
