Guide de dépannage PCB CAF

Les modes de défaillance des PCB peuvent être classés en deux catégories :

  • Défaillance mécanique 
  • Défaillance électrique
 

Mais il existe également une troisième classe de défaillance qui est comme un trésor caché et qui est le "Mode de défaillance électrochimique". En d'autres termes, cette défaillance est connue sous le nom de Filament Anodique Conducteur (CAF), qui est le résultat de la réaction électrochimique qui a lieu en présence de contenu d'eau entre le Cuivre en PCBA et le système de résine dans le substrat du PCB. Dans le contenu suivant, FS Tech présentera en détail les causes, les méthodes de détection et les solutions des défaillances du CAF.

Qu'est-ce que le CAF ? 

Le CAF est considéré comme un type de Défaillance du PCBA et est le résultat d'une migration électrochimique et ce processus est appelé formation de CAF. Il est entraîné par les tensions appliquées qui, dans certaines conditions, forment de l'oxyde de cuivre et des sels cuivreux. Ces oxydes et sels sont conducteurs par nature et se développent dans le substrat PCB. Dans ce processus, un filament conducteur de sel de cuivre se forme dans le PCB et se développe le long de l'époxy dans le matériau diélectrique, c'est-à-dire de l'anode à la cathode. L'une des conditions les plus favorables à la croissance du CAF est la présence d'un vide dans le PCB et une faible quantité de résine dans les tissages serrés. Ce mode de défaillance préoccupe de plus en plus les experts car il a des effets catastrophiques et peut entraîner la défaillance du PCB. 

Trois substances présentes dans les circuits imprimés qui provoquent des réactions électrochimiques :

  • Cuivre
  • Eau ou autres produits chimiques volatils, utilisés lors de la fabrication des PCB, absorbés par le substrat des PCB.
  • Décomposition du système de résine, et en raison des vides qui sont plus proches de l'anode. 

Le site formation du CAF peut être décrit en deux points :

  • Dégradation de la résine de verre
  • Migration électrochimique

Voici quelques-unes des conditions nécessaires au développement du CAF :

  • Pour qu'une cellule électrochimique se forme, un porteur de charge électrique doit être présent. 
  • L'eau, peut être due à l'humidité ou à d'autres conditions environnementales. 
  • Les tensions qui peuvent entraîner la réaction électrochimique 
  • Pour le déplacement de la croissance du CAF de l'anode à la cathode, il faut qu'il existe une voie spécifique pour la formation du CAF 
  • D'autres conditions telles que l'humidité élevée, la température élevée, le contenu du flux de soudure et le gradient de tension élevé entre la cathode et l'anode. 

    Détection du CAF

    Une fois que le CAF se produit, il devient un problème difficile à étudier et à résoudre. Test PCBA car il peut parfois se développer dans les couches intermédiaires du PCB. Avec les progrès de la technologie, il existe désormais différentes méthodes de test pour vérifier si le CAF se développe ou non dans le substrat du PCB. Parmi toutes les méthodes de test connues, les tests de "résistance d'isolation de surface (SIR)" sont des méthodes électriques conformes aux normes IPC. En général, le SIR comprend les deux types de tests suivants : 

    • Test de migration électrochimique IPC : Ce test comprend la mesure de la résistance offerte par le substrat de surface du PCB au flux de courant qui le traverse.
    • Test de la température, de l'humidité et de la polarisation : dans ce test simple, seuls la température de traitement, la polarisation de la tension et l'humidité relative sont prises en compte. 
     

    Il existe d'autres méthodes d'essai pour tester le CAF et pour visualiser la formation de CAF dans les PCB. Ces tests comprennent

    • Spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) : le pistolet à faisceau électronique permet d'envoyer un faisceau électronique pour identifier certains éléments comme le cuivre, le brome et le chlore. ∙ Faisceau d'ions focalisé (FIB) : Cette méthode est utilisée pour agrandir des surfaces à très haute résolution. 
    • Microscopie électronique à transmission (TEM) : Elle est utilisée pour détecter la structure cristallographique et pour identifier d'autres phases des matériaux dans le PCBA. Ce système fonctionne sur les principes d'un microscope optique. 
    • Spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) : Cette technique, également connue sous le nom de spectroscopie électronique pour l'analyse chimique (ESCA), est généralement utilisée pour détecter les composés chimiques sur les surfaces des circuits imprimés. En général, cette méthode est utilisée pour analyser la surface du PCBA. 
    • Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) : Cette méthode examine les composants organiques dans le substrat du PCBA et génère un spectre de longueur d'onde et d'intensité. Chromatographie ionique : Cette méthode sépare les ions et peut être appelée chromatographie par échange d'ions.

    Comment éviter les échecs du CAF

    Il existe plusieurs mesures à prendre pour réduire les risques d'échec du CAF. La chasse aux solutions à cet échec du CAF est en cours, mais éviter les circonstances qui permettent la création du CAF sera utile. Voici quelques éléments à prendre en compte : 

    Humidité

    Le CAF a besoin d'humidité et d'eau pour se développer, ce qui signifie que plus la teneur en eau est élevée, plus le risque de défaillance du CAF dans le PCBA est important. Il est donc important de surveiller de près la teneur en humidité et de l'éliminer le plus efficacement possible. 

    Contamination par l'acide :

    Certains processus de fabrication des PCB peuvent entraîner la présence d'acide sur le substrat du PCB. S'il n'est pas bien nettoyé, cet acide résiduel entraîne généralement la croissance du CAF. Il est donc important de garder le PCBA bien nettoyé et d'en retirer tout type d'acide. 

    Biais et tension :

    Comme nous l'avons vu précédemment, il existe une force nécessaire à la réaction électrochimique et, ici, la polarisation et la tension sont les forces qui favorisent la formation du CAF dans un environnement favorable. 

    Matériaux :

    Les matériaux utilisés pour construire le panneau sont une autre cause importante de défaillance du CAF. L'une des stratégies les plus efficaces pour réduire la production et la défaillance du CAF est d'utiliser des matériaux résistants au CAF. Diverses études menées sur des matériaux stratifiés ont mesuré la vulnérabilité à la rupture du CAF. D'après les résultats, le matériau le plus résistant au CAF est le "Bismaleimide Thiazine (BT)", tandis que le MC-2 est le plus vulnérable. En bref, les stratifiés qui sont très résistants à la chaleur sont les plus résistants au développement du CAF. 

    Conception :

    La conception d'un PCB et sa fabrication sont également des facteurs importants qui influencent sa résistance au CAF. Les circuits imprimés présentant des écarts plus importants entre les éléments polarisés en tension sont moins défaillants que ceux qui présentent moins d'écarts, mais on pense que cela n'affecte que la deuxième phase de la formation du CAF. La résistance CAF est influencée par la taille des trous percés et l'épaisseur du cuivre dans les trous de passage plaqués, ainsi que par l'espacement entre les trous et entre les lignes. Le fait d'avoir des caractéristiques de tension plus biaisées augmente la probabilité de formation du CAF.

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    La défaillance du CAF n'est qu'un des problèmes courants des circuits imprimés. Les raisons de cette défaillance comprennent également l'utilisation irrégulière de flux, un PCB non nettoyé, des problèmes d'assemblage, etc. Lisez ce qui suit pour vous aider à résoudre vos problèmes de fabrication ou d'assemblage de PCB.

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