Guida alla risoluzione dei problemi del PCB CAF

Le modalità di guasto dei PCB possono essere classificate in due categorie:

  • Guasto meccanico 
  • Guasto elettrico
 

Ma c'è anche una terza classe di guasti che è come un tesoro nascosto: la "modalità di guasto elettrochimico". In altre parole, questo guasto è noto come filamento conduttivo anodico (CAF), che è il risultato della reazione elettrochimica che ha luogo in presenza di acqua tra il rame e il rame. PCBA e sistema di resine nel substrato del PCB. Nei contenuti che seguono, FS Tech presenterà in dettaglio le cause, i metodi di rilevamento e le soluzioni dei guasti CAF.

Che cos'è il CAF 

Il CAF è considerato un tipo di Guasto PCBA ed è il risultato di una migrazione elettrochimica e questo processo è definito formazione di CAF. Viene portato avanti da tensioni applicate che, in alcune condizioni, formano ossido di rame e sali rameici. Questi ossidi e sali sono di natura conduttiva e crescono nel substrato del PCB. In questo processo si forma un filamento conduttivo di sali di rame all'interno del PCB che si sviluppa lungo l'epossidico all'interno del materiale dielettrico, cioè dall'anodo al catodo. Una delle condizioni più favorevoli per la crescita del CAF è la presenza di vuoti nel PCB e di poca resina nelle trame strette. Questa modalità di guasto sta destando preoccupazione tra gli esperti in quanto ha effetti catastrofici e può provocare la rottura del PCB. 

Tre sostanze presenti nei circuiti stampati che causano reazioni elettrochimiche:

  • Rame
  • Acqua o altre sostanze chimiche volatili, utilizzate durante la fabbricazione dei PCB, assorbite dal substrato di PCB
  • Decomposizione del sistema di resina e vuoti più vicini all'anodo. 

Il formazione di CAF può essere descritto nei due punti seguenti:

  • Degradazione del vetro resina
  • Migrazione elettrochimica

Di seguito sono riportate alcune delle condizioni necessarie per lo sviluppo del CAF:

  • Affinché si formi una cella elettrochimica, deve essere presente un portatore di carica elettrica. 
  • Acqua, può essere dovuto all'umidità o ad altre condizioni ambientali. 
  • Tensioni che possono guidare la reazione elettrochimica 
  • Per il movimento di crescita della CAF dall'anodo al catodo, deve esistere un percorso specifico per la formazione della CAF. 
  • Altre condizioni come l'elevata umidità, l'alta temperatura, il contenuto del flusso di saldatura e l'elevato gradiente di tensione tra catodo e anodo. 

    Rilevamento di CAF

    Una volta che la CAF si verifica, diventa un problema impegnativo e difficile da studiare e da risolvere. Test PCBA perché a volte può crescere negli strati intermedi del PCB. Con l'avanzamento della tecnologia, oggi esistono diversi metodi di test per verificare se il CAF si è sviluppato o meno nel substrato del PCB. Tra tutti i metodi di prova conosciuti, i test "Surface Insulation Resistance (SIR)" sono metodi elettrici conformi agli standard IPC. In generale, il SIR comprende i seguenti due tipi di test: 

    • Test di migrazione elettrochimica IPC: Questo test prevede la misurazione della resistenza offerta dal substrato superficiale del PCB al flusso di corrente che lo attraversa.
    • Test temperatura-umidità-bias: in questo semplice test vengono presi in considerazione solo la temperatura di elaborazione, la polarizzazione della tensione e l'umidità relativa. 
     

    Esistono altri metodi di prova per testare la CAF e per visualizzare la formazione di CAF nei PCB. Questi test includono

    • Spettroscopia dispersiva di energia (EDS): la pistola a fascio elettronico viene utilizzata per inviare un fascio elettronico per identificare alcuni elementi come rame, bromo e cloro. ∙ Fascio ionico focalizzato (FIB): Questo metodo è utilizzato per ingrandire le superfici ad altissima risoluzione. 
    • Microscopia elettronica a trasmissione (TEM): Viene utilizzata per rilevare la struttura cristallografica e per identificare altre fasi dei materiali nei PCBA. Questo sistema funziona secondo i principi del microscopio ottico. 
    • Spettroscopia di fotoelettroni a raggi X (XPS): Questa tecnica, nota anche come spettroscopia elettronica per l'analisi chimica (ESCA), viene solitamente utilizzata per rilevare i composti chimici sulle superfici delle PCBA. In genere, questo metodo viene utilizzato per analizzare la superficie delle PCBA. 
    • Spettroscopia infrarossa con trasformata di Fourier (FTIR): Questo metodo esamina i componenti organici nel substrato PCBA e genera uno spettro di lunghezza d'onda e intensità. Cromatografia ionica: Questo metodo separa gli ioni e può essere definito cromatografia a scambio ionico.

    Come evitare i fallimenti del CAF

    Ci sono diverse azioni da intraprendere per ridurre le possibilità di fallimento dei CAF. La ricerca di soluzioni per il fallimento dei CAF è in corso, ma evitare le circostanze che consentono la creazione di CAF può essere d'aiuto. Ecco alcuni elementi su cui riflettere: 

    Umidità e umidità

    La CAF richiede umidità e contenuto d'acqua per crescere, il che significa che un maggiore contenuto d'acqua aumenta le possibilità di guasto della CAF nel PCBA. È quindi importante tenere sotto controllo il contenuto di umidità ed eliminarlo nel modo più efficiente possibile. 

    Contaminazione acida:

    Alcuni processi durante la fabbricazione dei PCB possono far sì che l'acido rimanga sul substrato del PCB; se non viene pulito bene, questo residuo di acido porta di solito alla crescita di CAF. È quindi importante mantenere il PCBA ben pulito e rimuovere qualsiasi tipo di acido da esso. 

    Bias e tensione:

    Come discusso in precedenza, c'è una forza necessaria per guidare la reazione elettrochimica e in questo caso il biasing e la tensione sono la forza che favorisce la formazione di CAF in un ambiente favorevole. 

    Materiali:

    I materiali utilizzati per la costruzione del pannello sono un'altra importante causa di rottura del CAF. Una delle strategie più efficaci per ridurre la produzione e il fallimento di CAF è l'utilizzo di materiali resistenti al CAF. Diversi studi condotti sui materiali laminati hanno misurato la vulnerabilità alla rottura del CAF. Secondo i risultati, il materiale più resistente alla CAF è il "Bismaleimide Thiazine (BT)", mentre l'MC-2 è il più vulnerabile. In sostanza, i laminati ad alta resistenza termica sono i più resistenti allo sviluppo di CAF. 

    Design:

    Anche il design di un PCB e la sua fabbricazione sono fattori importanti per influenzare la resistenza CAF. I circuiti stampati con maggiori spazi tra gli elementi sottoposti a tensione si guastano meno di quelli con meno spazi, ma si pensa che questo influisca solo sulla seconda fase della formazione della CAF. La resistenza CAF è influenzata dalla dimensione dei fori e dallo spessore del rame nei fori passanti placcati, oltre che dalla distanza tra i fori e tra le linee. La presenza di caratteristiche di tensione più distorte aumenta la probabilità di formazione di CAF.

    Altri contenuti interessanti per i PCBA

    Il guasto del CAF è solo uno dei problemi più comuni delle schede di circuito. Le ragioni del guasto includono anche l'uso irregolare del flussante, PCB non puliti, problemi di assemblaggio, ecc. Leggete quanto segue per risolvere i vostri problemi di produzione o assemblaggio di PCB.

    Esercitazione sull'uso del flusso per PCB

    Fasi di pulizia dei circuiti stampati

    Una raccolta di problemi comuni sui PCB

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