Guia de Resolução de Problemas PCB CAF

Os modos de falha do PCB podem ser classificados em duas categorias:

  • Falha Mecânica 
  • Falha eléctrica
 

Mas há também uma terceira classe de falhas que é como um tesouro escondido e que é o "Modo de Falha Electroquímica". Por outras palavras, esta falha é conhecida como Filamento Anódico Condutor (CAF), que é o resultado da reacção electroquímica que tem lugar na presença de conteúdos de água entre Cobre em PCBA e sistema de resina em substrato de PCB. No conteúdo seguinte, a FS Tech introduzirá em detalhe as causas, métodos de detecção e soluções das falhas da CAF.

O que é a CAF 

A CAF é considerada uma tipo de Falha do PCBA e é o resultado da migração electroquímica e este processo é designado por Formação CAF. É transportada por tensões aplicadas que, em algumas condições, formam óxido de cobre e sais cuprosos. Estes óxidos e sais são condutores na natureza e crescem em substrato de PCB. Neste processo forma-se um filamento condutor de sal de cobre dentro do PCB que se desenvolve ao longo do epóxi dentro do material dieléctrico i-e, desde o ânodo até ao cátodo. Uma das condições mais favoráveis para o crescimento da CAF é quando há vazio presente no PCB e baixa resina em tecelagens apertadas. Este modo de falha está a ganhar preocupação entre os especialistas, pois tem efeitos catastróficos e pode resultar em falha de PCB. 

Três substâncias em placas de circuitos impressos que provocam reacções electroquímicas:

  • Cobre
  • Água ou outros produtos químicos voláteis, utilizados durante o fabrico de PCB, absorvidos pelo substrato de PCB
  • Decomposição do sistema de resina, e devido a vazios que estão mais próximos do ânodo. 

O formação da CAF pode ser descrito nos dois pontos seguintes:

  • Degradação do vidro resinoso
  • Migração electroquímica

Seguem-se algumas das condições necessárias para que a CAF se desenvolva:

  • Para que uma célula electroquímica possa ser formada, deve estar presente um portador de carga eléctrica. 
  • Água, pode ser devido à humidade ou outras condições ambientais. 
  • Voltagens que podem impulsionar a reacção electroquímica 
  • Para o movimento de crescimento da CAF do ânodo para o cátodo, deve existir um caminho específico para a formação da CAF 
  • Outras condições como humidade elevada, temperatura elevada, conteúdo de fluxo de soldadura, e elevado gradiente de tensões entre o cátodo e o ânodo. 

    Detecção de CAF

    Uma vez que a CAF ocorre, então torna-se um problema desafiante e difícil de estudar e Teste PCBA porque por vezes pode crescer nas camadas médias do PCB. Com o avanço da tecnologia, existem agora diferentes métodos de ensaio para verificar se existe ou não crescimento de CAF no substrato de PCB. Acima de todos os métodos de ensaio conhecidos, os ensaios "Resistência de Isolamento Superficial (SIR)" são métodos eléctricos que estão nas normas IPC. Geralmente, o SIR inclui os dois tipos de testes seguintes: 

    • Teste de Migração Electroquímica IPC: Este teste inclui a medida da resistência oferecida pelo substrato de superfície do PCB ao fluxo de corrente que passa por ele.
    • Teste de Polarização de Temperatura-Humidade: Neste teste simples, apenas a temperatura de processamento, polarização de voltagem e humidade relativa são tidas em conta. 
     

    Existem outros métodos de ensaio para testar a CAF e para a formação da CAF em PCB. Estes testes incluem

    • Espectroscopia Dispersiva de Energia (EDS): A pistola de feixe electrónico é utilizada para enviar um feixe electrónico para identificar alguns elementos como cobre, bromo, e cloro. ∙ Feixe de Iões Focado (FIB): Este método é utilizado para ampliar superfícies a uma resolução muito alta. 
    • Microscopia Electrónica de Transmissão (TEM): É utilizado para detectar a estrutura cristalográfica e para identificar outras fases de materiais em PCBA. Este sistema funciona com base nos princípios de um microscópio de luz. 
    • Espectroscopia Fotoeléctrica de Raios X (XPS): Esta técnica é também conhecida como Espectroscopia Electrónica para Análise Química (ESCA), esta técnica é normalmente utilizada para detectar compostos químicos em superfícies de PCBA. Geralmente, este método é utilizado para analisar a superfície de PCBA. 
    • Espectroscopia de Infravermelhos por Transformada de Fourier (FTIR): Este método examina componentes orgânicos em substrato de PCBA e gera espectro de comprimento de onda e intensidade. Cromatografia de Íons: Este método separa iões e pode ser designado por cromatografia de troca iónica

    Como evitar falhas da CAF

    Há várias acções a tomar para reduzir a possibilidade de falha da CAF. A procura de soluções para este fracasso da CAF está em curso, mas evitar as circunstâncias que permitem a criação da CAF irá ajudar. Aqui estão algumas coisas em que pensar: 

    Humidade e Humidade

    A CAF requer humidade e conteúdos de água para crescer, o que significa que mais conteúdos de água resultam em mais probabilidades de falha da CAF no PCBA acontecer. Portanto, é importante ter um olho atento ao conteúdo de humidade e livrar-se do conteúdo de água da forma mais eficiente possível. 

    Contaminação ácida:

    Alguns processos durante a fabricação de PCB podem causar a permanência de ácido no substrato de PCB, se não for bem limpo, então este ácido restante leva geralmente ao crescimento da CAF. Portanto, é importante manter o PCBA bem limpo e remover qualquer tipo de ácido do mesmo. 

    Enviesamento e Voltagem:

    Como discutido anteriormente, existe a força necessária para impulsionar a reacção electroquímica e aqui o enviesamento e a tensão é a força que ajuda a formação da CAF num ambiente favorável. 

    Materiais:

    Os materiais utilizados para construir a placa são outra causa importante de falha da CAF. Uma das estratégias mais eficazes para reduzir a produção e falha da CAF é a utilização de materiais resistentes à CAF. Vários estudos realizados sobre materiais laminados mediram a vulnerabilidade à falha da CAF. De acordo com os resultados, o material mais resistente à CAF é "Bismaleimida Tiazina (BT)", enquanto que o MC-2 é o mais vulnerável. Em crux, os laminados que são altamente resistentes termicamente, são os mais resistentes ao desenvolvimento da CAF. 

    Desenho:

    A concepção de um PCB e a sua fabricação são também factores importantes para influenciar a sua resistência CAF. Os PCB com maiores lacunas entre as características tendenciosas de tensão falham menos do que os que apresentam menos lacunas, enquanto que se pensa que isto afecta apenas a segunda fase da formação da CAF. A resistência da CAF é influenciada pelo tamanho dos furos perfurados e pela espessura do cobre nos furos passantes chapeados, além do espaçamento furo a furo e linha a linha. Ter características de tensão mais enviesadas aumenta a probabilidade de formação de CAF.

    Mais conteúdos interessantes sobre PCBA

    A falha da CAF é apenas um dos problemas comuns das placas de circuito. As razões para a falha incluem também o uso irregular de fluxo, PCB não limpos, problemas de montagem, etc. Leia o seguinte para ajudar a resolver os seus problemas de fabrico ou montagem de placas de circuito impresso.

    Tutorial sobre a utilização de fluxo PCB

    Passos de limpeza das placas de circuito impresso

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