دلایه شدن PCB (Delamination) چیست و چرا فاجعه‌بارترین نقص حرارتی در بردهای مدار چاپی است؟
دلایه شدن PCB (Delamination) عبارت است از جدایش فیزیکی برگشت‌ناپذیر میان لایه‌های عایق رزین، الیاف فایبرگلاس یا فویل مس در ساختار برد مدار چاپی که در اثر تنش‌های حرارتی فراتر از آستانه تحمل متریال و انبساط ناگهانی رطوبت محبوس در کوره ریفلو رخ داده و با گسیختگی اتصالات داخلی، قطعی لایه‌های میانی و سوختن تراشه‌های گران‌قیمت، برد را به ضایعات کامل تبدیل می‌کند.
در تولید تجهیزات الکترونیکی مدرن در سال ۱۴۰۵، به دلیل فراگیری لحیم‌کاری بدون سرب (Lead-Free) با آلیاژهایی نظیر SAC305 (قلع-نقره-مس) که نیازمند دمای پیک ۲۴۵ تا ۲۶۰ درجه سلسیوس در کوره لحیم‌کاری بازتابی هستند، استرس حرارتی اعمال‌شده به ساختار بردهای چندلایه FR-4 به شدت افزایش یافته است. دلایه شدن به عنوان یک نقص ساختاری درون‌مولکولی شناخته می‌شود؛ به این معنا که نیروی چسبندگی بین پیوند رزین اپوکسی و الیاف شیشه، یا مرز تماس فویل مس و پری‌پِرِگ (Prepreg) در اثر انرژی حرارتی گسسته شده و شکاف‌های هوایی درون برد پدید می‌آید.
این خطا وحشتناک‌ترین سناریوی ممکن برای یک مهندس طراح سخت‌افزار است. برخلاف خطاهای لحیم‌کاری سطحی مانند پل قلع (Bridging) یا خطاهای چاپ سیلک که با چشم غیرمسلح یا بازرسی نوری دو بعدی (AOI) به سادگی قابل مشاهده و تعمیر هستند، دلایه شدن اغلب در لایه‌های درونی و مغزی برد رخ می‌دهد. برد ممکن است در شرایط آزمون دمای اتاق سالم به نظر برسد، اما به محض قرار گرفتن در چرخه کاری واقعی دستگاه، لرزش‌های مکانیکی یا گرمای ناشی از عملکرد پردازنده، مسیرهای مسی قطع شده و محصول دچار خاموشی ناگهانی و غیرقابل عیب‌یابی می‌شود.
تفاوت دلایه شدن (Delamination) با تاول‌زدگی (Blistering) بر اساس استاندارد IPC-A-600
تاول‌زدگی (Blistering) نوع خاص و موضعی از دلایه شدن است که در آن لایه نازکی از مس خارجی یا پوشش محافظ لمینت به صورت یک برآمدگی حباب‌شکل و موضعی از بستر برد متورم می‌شود، در حالی که دلایه شدن (Delamination) جدایش مسطح و گسترده میان سطوح موازی لایه‌های درونی دی‌الکتریک برد است.
طبق تعاریف مدون در بخش ۲.۱.۲ استاندارد پذیرش IPC-A-600، تمایز هندسی و متالورژیکی این دو عیب به شرح زیر است: ۱. تاول‌زدگی (Blistering): پدیده‌ای که در آن فشار گاز یا بخار محبوس، قشر سطحی مس یا لایه خارجی رزین را به شکل گنبدی به سمت بیرون بالا می‌آورد. این عیب معمولاً زیر پدهای قطعات متراکم یا در بخش‌های بدون ماسک لحیم رخ می‌دهد و قطر حباب‌ها از چند صد میکرون تا چند میلی‌متر متغیر است. ۲. دلایه شدن (Delamination): پدیده‌ای مسطح در ساختار درونی پشته لایه‌ها که ناشی از شکست پیوند رزین در سطح تماس فازها (Interface) است. این شکاف‌ها ممکن است در عمق ۲ یا ۳ لایه درون یک برد ۶ لایه رخ دهد و هیچ برآمدگی ظاهری روی سطح برد ایجاد نکند، مگر آنکه با تاباندن نور مایل یا تحلیل مقطع متالوگرافی PCB مورد بررسی قرار گیرد.
پدیده‌های لکه‌زدگی سفید (Measling) و سفیدشدگی پیوسته (Crazing)
لکه‌زدگی سفید (Measling) جدایش موضعی و گسسته رزین اپوکسی از نقاط تقاطع الیاف بافته‌شده شیشه در قالب نقاط سفید مرواریدی است، در حالی که سفیدشدگی پیوسته (Crazing) شکست ساختاری نواری و پیوسته در امتداد رشته‌های فایبرگلاس است که معمولاً در اثر تنش‌های شدید برشی یا ضربات مکانیکی جداسازی پنل پدید می‌آید.
در جدول زیر، معیارهای دقیق پذیرش و رد این عیوب عایقی بر اساس کلاس‌های سه‌گانه استاندارد IPC-6012 و IPC-A-600 تدوین شده است:
| نوع عیب ساختاری (Defect) | کلاس ۱ (تجهیزات مصرفی عمومی) | کلاس ۲ (تجهیزات صنعتی و مخابراتی) | کلاس ۳ (تجهیزات حیاتی، پزشکی و نظامی) |
|---|---|---|---|
| دلایه شدن بین لایه‌ها (Delamination) | تا زمانی که فاصله عایقی میان هادی‌ها نقض نشود، قابل اغماض است | غیرقابل پذیرش در صورت ورود به فاصله مجاز هادی‌ها یا کاهش بیش از ۲۵٪ فاصله عایقی | مطلقا غیرقابل پذیرش (Zero Tolerance / Defect قطعی) |
| تاول‌زدگی مس یا لمینت (Blistering) | پذیرش مشروط به عدم تداخل با پدها و اتصالات | حداکثر ابعاد ۲.۵ میلی‌متر مشروط به عدم تجاوز از ۲۵٪ فاصله دو هادی مجاور | مطلقا غیرقابل پذیرش در ناحیه رساناها و لایه‌های فعال |
| لکه‌زدگی سفید الیاف (Measling) | قابل قبول در صورت عدم کاهش فاصله مجاز دی‌الکتریک | قابل قبول مشروط به عدم اتصال نقاط به یکدیگر و عدم تشکیل پل رسانایی | قابل قبول به صورت محدود مشروط به تأیید تست ولتاژ شکست دی‌الکتریک |
| سفیدشدگی پیوسته (Crazing) | پذیرش در صورت عدم ورود به فاصله مجاز رساناها | غیرقابل پذیرش در صورتی که فاصله عایقی بین دو مسیر غیرهم‌نام را مخدوش کند | مطلقا مردود در صورت امتداد بیش از ۵۰٪ فاصله تا هادی بعدی |
در استاندارد سخت‌گیرانه کلاس ۳، حتی کوچک‌ترین نشانه‌ای از دلایه شدن در اطراف سوراخ‌های متالیزه سرتاسری به معنای رد کامل (Scrap) کل پنل تولیدی است، زیرا این شکاف به مرور زمان به کانالی برای نفوذ رطوبت، رشد فیلامنت‌های آندی کاتدی (پدیده شکست CAF) و اتصال کوتاه داخلی تبدیل می‌گردد.
فیزیک پدیده پاپ‌کورن (Popcorn Effect) و معادله فشار بخار آب در کوره لحیم‌کاری بدون سرب
پدیده پاپ‌کورن (Popcorn Effect) در برد مدار چاپی فرآیندی ترمودینامیکی است که طی آن رطوبت جذب‌شده در خلل و فرج میکروسکوپی رزین اپوکسی در دمای کوره ریفلو (۲۶۰ درجه سلسیوس) ناگهان به بخار فوق‌گرم تبدیل شده و با اعمال فشارهای فراتر از ۴.۷ مگاپاسکال، پیوند لایه‌ها را از هم می‌گسلد.
رزین‌های اپوکسی استاندارد به دلیل ساختار قطبی پیوندهای شیمیایی، ماده‌ای هیگروسکوپیک (جاذب رطوبت) هستند و در شرایط دمای محیطی کارگاهی معمولاً بین ۰.۲۵٪ تا ۰.۵۰٪ وزن خود رطوبت جوی را جذب می‌کنند. هنگامی که یک برد مرطوب بدون عملیات رطوبت‌زدایی وارد کوره لحیم‌کاری بدون سرب با شیب دمایی تند (۲ تا ۳ درجه سلسیوس در ثانیه) می‌شود، آب مایع محبوس فرصت خروج تدریجی از بستر لمینت را پیدا نمی‌کند.
با رسیدن دمای برد به بالای ۱۰۰ درجه سلسیوس، تغییر فاز مایع به گاز رخ می‌دهد و بر اساس معادله آنتوان (Antoine Equation)، فشار بخار اشباع ($P_{sat}$) با افزایش دما به صورت نمایی فوران می‌کند:
$$\log_{10}(P_{sat}) = A - rac{B}{T + C}$$
در دمای پیک کوره لحیم‌کاری ($T = 260^\circ ext{C}$):
- فشار بخار اشباع آب به رقم سرسام‌آور ۴.۶۹ مگاپاسکال (معادل ۴۶.۳ اتمسفر یا ۶۸۰ پوند بر اینچ مربع - PSI) می‌رسد!
- حجم مولی بخار آب در این دما بر اساس معادله گاز ایده‌آل ($PV = nRT$) بیش از ۱۶۰۰ برابر حجم آب مایع اولیه است.
مقایسه استحکام برشی رزین (Peel Strength) با فشار انفجاری بخار محبوس
استحکام چسبندگی فویل مس به رزین یا پیوند دو لایه پری‌پِرِگ در شرایط دمای اتاق، حدود ۱.۰۵ تا ۱.۵۷ نیوتن بر میلی‌متر (معادل ۶ تا ۹ پوند بر اینچ) طبق آزمون روش 2.4.8 استاندارد IPC-TM-650 است. اما با عبور دمای لمینت از دمای انتقال شیشه‌ای ($T_g$)، این مقاومت چسبندگی برشی به دلیل نرم شدن زنجیره‌های پلیمری تا بیش از ۶۰ الی ۸۰ درصد افت می‌کند.
تنش گسیختگی ناشی از فشار بخار ($P_{vapor}$) بر سطح مرزی لایه‌ها به صورت رابطه تعادل نیرو بیان می‌شود:
$$\sigma_{tensile} = rac{P_{vapor} \cdot A_{void}}{2 \cdot t_{resin}}$$
هنگامی که فشار بخار محبوس ($P_{vapor} pprox 4.7 ext{ MPa}$) از استحکام برشی تسلیم پیوند رزین نرم‌شده فراتر می‌رود، ساختار پلیمری در ضعیف‌ترین نقطه متالورژیکی خود پاره شده و انبساط انفجاری گاز موجب تولید صدای شبیه به پاپ‌کورن و ایجاد تاول‌ها و تورق‌های عمیق درون لایه‌ها می‌گردد.
پارامترهای حیاتی متریال پایه FR-4 بر اساس استاندارد IPC-4101E: تفاوت Tg ،Td و زمان‌های T260/T288
استاندارد بین‌المللی IPC-4101E خواص حرارتی و الکتریکی لمینت‌های صلب را تعیین می‌کند که در آن چهار پارامتر دمای انتقال شیشه‌ای ($T_g$)، دمای تجزیه حرارتی ($T_d$) و زمان‌های مقاومت در برابر دلایه شدن ($T_{260}$ و $T_{288}$) اصلی‌ترین معیارهای مصونیت برد در برابر شوک کوره هستند.
برای جلوگیری از انتخاب اشتباه متریال در سفارش‌های تجاری سال ۱۴۰۵، تسلط بر تعاریف فیزیکی و مقادیر نامی این پارامترها الزامی است:
۱. دمای انتقال شیشه‌ای (Glass Transition Temperature - $T_g$)
دمای $T_g$ نقطه‌ای است که در آن پلیمر سخت و شکننده اپوکسی ساختار آمورف خود را تغییر داده و به یک ماده ژله‌ای و انعطاف‌پذیر با ضریب انبساط بسیار بالا تبدیل می‌شود.
- در زیر دمای $T_g$، ضریب انبساط حرارتی رزین در امتداد ضخامت برد (محور Z) حدود $50-60 ext{ ppm}/^\circ ext{C}$ است.
- با عبور از $T_g$، این ضریب ناگهان تا ۵ تا ۶ برابر جهش کرده و به ۲۵۰ تا ۳۵۰ پی‌پی‌ام در درجه سلسیوس می‌رسد. این انبساط شدید الاستیک، استرس برشی وحشتناکی میان لایه‌ها و تنش کششی عظیمی به استوانه ویاهای متالیزه وارد می‌کند.
۲. دمای تجزیه حرارتی (Decomposition Temperature - $T_d$)
دمای $T_d$ طبق آزمون 2.3.40 استاندارد IPC-TM-650 با استفاده از آنالیز گرماسنجی وزنی (TGA) سنجیده می‌شود و عبارت است از دمایی که در آن نمونه ۵ درصد از جرم کل خود را بر اثر شکستن پیوندهای کووالانسی زنجیره‌های پلیمری و خروج گازهای حاصل از سوختن رزین از دست می‌دهد.
- برخلاف $T_g$ که یک تغییر حالت فیزیکی بازگشت‌پذیر است، عبور از دمای $T_d$ یک تخریب شیمیایی برگشت‌ناپذیر است.
- در فرآیندهای لحیم‌کاری مدرن بدون سرب با دمای ۲۶۰ درجه، لمینت انتخابی باید دارای $T_d \ge 340^\circ ext{C}$ باشد تا اطمینان حاصل شود که متریال در پیک دمایی دچار تخریب شیمیایی نمی‌شود.
۳. زمان مقاومت در برابر دلایه شدن ($T_{260}$ و $T_{288}$)
شاخص‌های $T_{260}$ و $T_{288}$ زمان دقیق (بر حسب دقیقه) دوام متریال در دماهای ثابت ۲۶۰ و ۲۸۸ درجه سلسیوس پیش از آغاز تورق و جدا شدن فیزیکی لایه‌ها را با استفاده از دستگاه آنالیز مکانیکی حرارتی (TMA) طبق متد 2.4.24.1 استاندارد IPC-TM-650 اندازه می‌گیرند.
- در بردهای چندلایه صنعتی، متریال ارزان‌قیمت معمولی تنها ۱ تا ۲ دقیقه در دمای ۲۶۰ درجه دوام می‌آورد و در دمای ۲۸۸ درجه کمتر از ۳۰ ثانیه دلایه می‌شود.
- در مقابل، متریال High-Tg منطبق بر مشخصه IPC-4101E /126 دست‌کم ۶۰ دقیقه در دمای ۲۶۰ درجه و بیش از ۱۵ دقیقه در دمای ۲۸۸ درجه مقاومت می‌کند.
جدول مقایسه گرید‌های مختلف لمینت FR-4 بر اساس مشخصات IPC-4101E
در جدول مهندسی زیر، خواص حرارتی، مکانیکی و استانداردهای تست انواع لمینت‌های مورد استفاده در خطوط تولید مدرن سال ۱۴۰۵ گردآوری شده است:
| مشخصه متالورژیکی و فیزیکی | استاندارد معمولی (IPC-4101 /21) | گرید میانی (IPC-4101 /24 Mid-Tg) | گرید پیشرفته (IPC-4101 /126 High-Tg) | استاندارد آزمون مرجع |
|---|---|---|---|---|
| دمای انتقال شیشه‌ای ($T_g$) | ۱۳۰ تا ۱۴۰ درجه سلسیوس | ۱۵۰ تا ۱۶۰ درجه سلسیوس | ۱۷۰ تا ۱۸۰ درجه سلسیوس | IPC-TM-650 2.4.24 |
| دمای تجزیه حرارتی ($T_d$) | ۳۰۰ تا ۳۱۰ درجه سلسیوس | ۳۱۵ تا ۳۲۵ درجه سلسیوس | ۳۴۰ تا ۳۵۵ درجه سلسیوس | IPC-TM-650 2.3.40 (TGA 5%) |
| زمان مقاومت $T_{260}$ | کمتر از ۵ دقیقه | ۱۰ تا ۱۵ دقیقه | بیش از ۶۰ دقیقه | IPC-TM-650 2.4.24.1 |
| زمان مقاومت $T_{288}$ | ۰ تا ۱ دقیقه | ۲ تا ۵ دقیقه | بیش از ۱۵ تا ۳۰ دقیقه | IPC-TM-650 2.4.24.1 |
| ضریب انبساط محور Z زیر $T_g$ ($CTE_z$) | ۵۵ تا ۶۵ پی‌پی‌ام | ۴۵ تا ۵۰ پی‌پی‌ام | ۳۵ تا ۴۵ پی‌پی‌ام | IPC-TM-650 2.4.24 |
| ضریب انبساط محور Z بالای $T_g$ | ۲۸۰ تا ۳۵۰ پی‌پی‌ام | ۲۶۰ تا ۳۰۰ پی‌پی‌ام | ۲۱۰ تا ۲۵۰ پی‌پی‌ام | IPC-TM-650 2.4.24 |
| انبساط کل محور Z در بازه ۵۰ تا ۲۶۰°C | ۴.۵٪ تا ۶.۰٪ | ۳.۵٪ تا ۴.۰٪ | کمتر از ۲.۵٪ تا ۲.۸٪ | IPC-TM-650 2.4.24 |
| درصد جذب رطوبت (Moisture Absorption) | ۰.۳۵٪ تا ۰.۵۰٪ | ۰.۲۵٪ تا ۰.۳۵٪ | کمتر از ۰.۱۵٪ تا ۰.۲۰٪ | IPC-TM-650 2.6.2.1 |
| آزمون استرس حرارتی وان قلع (Solder Float) | ۱۰ ثانیه در ۲۸۸°C (با ریسک بالا) | ۱۰ ثانیه در ۲۸۸°C (پایدار) | ۳ بار تکرار ۱۰ ثانیه در ۲۸۸°C بدون عیب | IPC-TM-650 2.4.13.1 |
همان‌طور که از داده‌های تجربی جدول مشخص است، انتخاب متریال با برگه مشخصات IPC-4101E /126 (مانند شیت‌های Shengyi S1000-2 یا Isola 370HR) با انبساط کل محور Z کمتر از ۲.۸ درصد، ریسک دلایه شدن و شکست و ترک وایاها را در شوک‌های کوره به صفر نزدیک می‌کند.
روان‌شناسی پیشگیری از زیان (Loss Aversion): هزینه پنهان دلایه شدن PCB در پروژه‌های سخت‌افزاری سال ۱۴۰۵
غفلت از استانداردهای ساخت و سفارش برد مدار چاپی از واسطه‌های غیررسمی بازار، به فاجعه دلایه شدن و تاول‌زدگی در اولین فرآیند لحیم‌کاری منجر می‌شود؛ رخدادی فاجعه‌بار که موجب سوختن قطعات گران‌قیمت، هدررفت بودجه‌های میلیاردی و نابودی زمان حیاتی ورود به بازار در پروژه‌های سخت‌افزاری سال ۱۴۰۵ می‌گردد.
روان‌شناسی پیشگیری از زیان در مهندسی سخت‌افزار نشان می‌دهد که هزینه جبران یک اشتباه ساخت در مراحل نهایی، دست‌کم ۵۰ تا ۱۰۰ برابر هزینه انتخاب یک تأمین‌کننده استاندارد با بازرسی DFM در ابتدای پروژه است. هنگامی که یک تیم فنی ماه‌ها زمان را صرف کدنویسی فریمور، طراحی شماتیک و شبیه‌سازی برد نموده و در نهایت برای کاهش جزئی هزینه‌ها، فایل گربر را بدون بررسی مهندسی به واسطه‌های سنتی بازار می‌سپارد، با ریسک‌های مالی و اجرایی جبران‌ناپذیری مواجه می‌شود:
۱. سوختن تراشه‌های حساس و نایاب
در بردهای پیشرفته مبتنی بر میکروکنترلرهای سرعت‌بالا، FPGAها، ماژول‌های مخابراتی ۵G و اینترنت اشیاء، دلایه شدن لایه‌های میانی به معنای قطع ناگهانی صفحات زمین (GND Planes) یا خطوط تغذیه حساس است. قطع شدن مسیر زمین در شرایطی که خطوط ورودی/خروجی (I/O) در حال سوئیچ هستند، پدیده لچ‌آپ (Latch-up) و تخلیه جریان‌های پیش‌بینی‌نشده را به همراه دارد که در کسری از ثانیه تراشه‌های ۱۰ تا ۵۰ میلیون تومانی را به خاکستر تبدیل می‌کند.
۲. نقد صریح رویکردهای سنتی و واسطه‌های بی‌کیفیت بازار
بسیاری از کارگاه‌ها و واسطه‌های سنتی که فاقد زنجیره تأمین مستقیم و سیستم کنترل کیفی هستند، برای دستیابی به حاشیه سود بیشتر از لمینت‌های تاریخ‌گذشته، بازیافتی یا متریال معمولی با $T_g$ پایین (۱۳۰ درجه) استفاده می‌کنند. در این مراکز:
- هیچ‌گونه آزمون استرس حرارتی وان قلع ۲۸۸ درجه (Thermal Stress Test) یا کنترل رطوبت طبق استاندارد انبارداری و پخت IPC-1601 صورت نمی‌گیرد.
- قیمت‌های اولیه اعلام‌شده معمولاً فریبنده و غیرشفاف هستند، اما در مراحل تحویل با افزودن هزینه‌های تراشکاری، تست الکتریکال و بسته‌بندی، ارقام نجومی از مشتری دریافت می‌شود.
- در صورت بروز تاول‌زدگی یا خرابی برد در کوره ریفلو، مسئولیت را به گردن خط مونتاژ یا لحیم‌کاری نامناسب طراح می‌اندازند!
۳. از دست رفتن زمان طلایی تحویل محصول (Time-to-Market)
پروسه اثبات عیب متالورژیکی، اصلاح فایل‌های گربر، تولید مجدد بردها و خرید دوباره قطعات مونتاژ، حداقل ۲ تا ۳ ماه تأخیر مرگبار به برنامه تحویل پروژه تحمیل می‌کند. در بازار رقابتی سخت‌افزار در سال ۱۴۰۵، این تأخیر می‌تواند به معنای ابطال قراردادهای دانش‌بنیان، از دست رفتن سرمایه‌گذاران استارتاپی و جریمه‌های سنگین دیرکرد باشد.
چک‌لیست و قواعد مهندسی DFM برای جلوگیری از تاول‌زدگی و دلایه شدن PCB
رعایت چک‌لیست قواعد DFM در جانمایی لایه‌ها، تعادل توزیع مس و ایجاد خروجی‌های استاندارد گربر، ایجاد تنش‌های برشی موضعی و محبوس‌شدن بخار را خنثی کرده و دوام متالورژیکی برد را تضمین می‌نماید.
برای دستیابی به حداکثر قابلیت اطمینان، طراحان سخت‌افزار باید الزامات مهندسی زیر را بر اساس استاندارد طراحی IPC-2221B در فرآیند طراحی خود پیاده‌سازی نمایند:
۱. تقارن پشته لایه‌ها (Stackup Symmetry) و تعادل مس (Copper Balancing)
عدم تقارن در توزیع وزن مس در لایه‌های بالا و پایین، تنش‌های حرارتی نامتعادلی ایجاد می‌کند که نتیجه آن پدیده پیچیدگی و کمانش برد (Bow and Twist) و افزایش بار برشی بر مرز پری‌پِرِگ‌ها است.
- لایه‌های متناظر (مثلاً لایه ۱ با لایه ۴ در برد ۴ لایه، یا لایه ۲ با لایه ۵ در برد ۶ لایه) باید از نظر نسبت توزیع مس، ضخامت فویل (0.5oz یا 1oz) و درصد مناطق مسی با یکدیگر متقارن باشند.
- در نواحی خالی از مسیرهای سیگنال، حتماً از پترن مس‌ریزی تعادلی (Thieving Copper / Dummy Copper) با حفظ فاصله ایمن از سیگنال‌های فرکانس‌بالا استفاده نمایید تا تنش حرارتی در کل سطح برد پخش شود. برای تسلط بر این موضوع، مقاله تعادل مس و مس‌ریزی در PCB را مطالعه فرمایید.
۲. مش‌بندی و پترن شبکه‌ای (Cross-Hatching) در سطوح بزرگ مسی داخلی و خارجی
پهنه‌های بزرگ و یکپارچه مس (Solid Copper Pours) به عنوان یک سد نفوذناپذیر در برابر گازهای فرار عمل می‌کنند و اگر رطوبت یا گازهای حلال در زیر آنها محبوس شود، راهی برای خروج ندارند و در دمای ۲۶۰ درجه موجب تاول‌زدگی مس می‌شوند.
- در لایه‌های بیرونی و صفحات مس بزرگ‌تر از ۲۰ در ۲۰ میلی‌متر، از ساختار مس‌ریزی شبکه‌ای (Cross-Hatched Copper) با خطوط مس به ضخامت ۱۰ تا ۱۵ میل و فواصل چشمه ۱۰ تا ۱۲ میل استفاده کنید.
- این منافذ دی‌الکتریک، مسیر تنفس طبیعی برد را برای خروج حباب‌های بخار باز گذاشته و سطح پیوند اپوکسی به الیاف را تقویت می‌کنند.
۳. رعایت استانداردهای پوشش و بستن وایاها طبق IPC-4761 (Via Plugging)
سوراخ‌های وایای باز و بدون پوشش در زیر قطعات BGA و QFN می‌توانند خمیر قلع، رطوبت و حلال‌های شستشو را در اعماق استوانه خود به دام بیندازند.
- اگر ویاها به درستی پوشش داده نشوند، در مرحله مونتاژ مواد شیمیایی فرار به داخل استوانه نفوذ کرده و در کوره ریفلو با انبساط ناگهانی، دیواره مس را سوراخ کرده و باعث تاول در ناحیه لحیم ماسک می‌گردند.
- استفاده از روش‌های استاندارد بستن وایا، به‌ویژه پر کردن با رزین غیررسانا و آبکاری مس مسطح (Type VII طبق IPC-4761 یا VIPPO) مانع از محبوس شدن هرگونه رطوبت و حلال می‌شود. برای آشنایی با جزئیات کامل، به راهنمای استاندارد IPC-4761 برای بستن وایاها مراجعه نمایید.
۴. جداسازی پدهای حرارتی بزرگ با ترمال ریلیف (Thermal Relief)
اتصال مستقیم پدهای بزرگ قطعات قدرت به پهنه‌های وسیع زمین بدون پره‌های حرارتی، زمان لحیم‌کاری دستی و هوازدگی موضعی را طولانی می‌کند که می‌تواند موجب جدا شدن پد و دلایه شدن موضعی مس در اثر تمرکز حرارت هویه شود.
- همواره در اتصالات پدهای لحیم‌کاری به صفحات مس از الگوی چهارپره یا دوپره ترمال ریلیف با پهنای محاسبه‌شده استفاده کنید.
۵. دستورالعمل رطوبت‌زدایی و پخت پیش از مونتاژ بر اساس استاندارد IPC-1601
اگر بردها برای مدتی در محیط کارگاهی یا انبارهای با رطوبت نسبی بالاتر از ۳۰٪ نگهداری شده‌اند، رعایت پروتکل پخت (Baking) پیش از ورود به خط SMT الزامی است:
- دمای پخت: ۱۰۵ تا ۱۲۰ درجه سلسیوس در کوره همرفت هوای داغ با گردش یکنواخت.
- زمان پخت: ۲ تا ۴ ساعت برای بردهای ۲ و ۴ لایه، و ۴ تا ۶ ساعت برای بردهای چندلایه با ضخامت بیش از ۱.۶ میلی‌متر.
- این فرآیند رطوبت محبوس را تا کمتر از ۰.۱ درصد کاهش داده و از فعال شدن مکانیزم پاپ‌کورن در شوک دمایی پیشگیری می‌کند.
چگونه سامانه هوشمند بردیفای ریسک دلایه شدن PCB را به صفر می‌رساند؟
پلتفرم بردیفای (bordify.ir) با بهره‌گیری از موتور تحلیل پیش از تولید DFM، استفاده انحصاری از متریال با استانداردهای بین‌المللی IPC-4101E و آزمون‌های مخرب و غیرمخرب تضمین کیفیت، خطر دلایه شدن برد مدار چاپی را به طور قطعی حذف می‌نماید.
در سیستم سفارش‌گیری بردیفای، مهندسان دیگر نیازی به نگرانی بابت کیفیت ناشناخته یا ریسک‌های تولید سنتی ندارند. فرآیند تضمین سلامت بردها در بردیفای بر پایه پنج رکن استوار است:
۱. بازرسی هوشمند DFM پیش از تولید (DFM Pre-Flight Inspection): به محض بارگذاری فایل گربر در سامانه سفارش بردیفای، الگوریتم‌های پردازش مهندسی توزیع مس لایه‌ها، نسبت ابعاد وایاها، وضعیت پوشش سوراخ‌ها و چیدمان پشته را اسکن کرده و هرگونه مغایرت مستعد دلایه شدن یا عدم تعادل حرارتی را گزارش می‌دهند. ۲. تأمین متریال استاندارد با گرید TG150 و TG170: تمامی بردهای چندلایه بردیفای به صورت استاندارد با لمینت‌های سازگار با فرآیند بدون سرب، دارای دمای تجزیه حرارتی $T_d \ge 340^\circ ext{C}$ و زمان مقاومت $T_{288} \ge 15 ext{ min}$ تولید می‌شوند. ۳. تست تنش حرارتی وان قلع (Solder Float Test): بر روی کوپن‌های شاهد هر بچ تولیدی، آزمون غوطه‌وری در وان قلع ۲۸۸ درجه به مدت ۱۰ ثانیه طبق متد 2.4.13.1 استاندارد IPC-TM-650 انجام می‌شود تا عدم وجود هرگونه حباب، تاول یا جدایش میکروسکشن تأیید گردد. ۴. تست ۱۰۰٪ پیوستگی الکتریکال با پراب پروازی (Flying Probe): تطبیق کامل اتصالات با نت‌لیست استخراج‌شده از گربر بر اساس استاندارد IPC-D-356 پیوستگی الکتریکی لایه‌های درونی را تضمین می‌کند. ۵. بسته‌بندی خلأ استاندارد و عایق رطوبت (Vacuum Sealing): تمامی بردهای تحویلی بردیفای بلافاصله پس از تست نهایی، در کیسه‌های سد رطوبتی (Moisture Barrier Bags) همراه با رطوبت‌گیر سیلیکاژل و کارت نشانگر رطوبت (HIC) بسته‌بندی می‌شوند تا بردها کاملاً خشک و آماده ورود مستقیم به خط مونتاژ به دست شما برسند.
پرسش‌های متداول مهندسان درباره دلایه شدن PCB و تاول‌زدگی (FAQ)
دلایه شدن PCB در چه مرحله‌ای از تولید یا مونتاژ رخ می‌دهد؟
دلایه شدن PCB معمولاً در مرحله لحیم‌کاری بازتابی (Reflow) یا لحیم‌کاری موجی (Wave Soldering) رخ می‌دهد؛ زیرا دمای این مراحل (۲۴۵ تا ۲۶۰ درجه سلسیوس) بالاتر از دمای انتقال شیشه‌ای متریال بوده و رطوبت محبوس را با فشار ناگهانی بخار به عاملی برای جدایش لایه‌ها تبدیل می‌کند.
تفاوت لمینت High-Tg با لمینت استاندارد در پیشگیری از تاول‌زدگی چیست؟
لمینت High-Tg (با $T_g \ge 170^\circ ext{C}$) نقطه نرم‌شدن رزین را به دمای بالاتری منتقل کرده و ضریب انبساط حرارتی محور Z را تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود زمان مقاومت در برابر دلایه شدن در دمای ۲۸۸ درجه ($T_{288}$) از ۱ دقیقه در بردهای معمولی به بیش از ۱۵ دقیقه افزایش یابد.
آیا بردی که دچار تاول‌زدگی موضعی شده، قابل استفاده و تعمیر است؟
خیر، بر اساس بخش ۲.۱.۲ استاندارد IPC-A-600، تاول‌زدگی در نواحی فعال برد یک عیب غیرقابل بازگشت (Defect) محسوب می‌شود؛ زیرا استحکام ساختاری دی‌الکتریک از بین رفته و خطر شکست عایقی، گسست وایاها و احتراق بر اثر اتصال کوتاه حتمی است.
آیا رطوبت‌زدایی و پخت برد (Baking) همیشه قبل از مونتاژ الزامی است؟
اگر بردهای مدار چاپی در بسته‌بندی خلأ استاندارد همراه با سیلیکاژل پلمپ باشند و کارت نشانگر رطوبت کمتر از ۱۰٪ را نشان دهد، پخت الزامی نیست؛ اما در صورت باز ماندن پکیج در هوای آزاد بیش از ۷۲ ساعت یا در بردهای چندلایه بسیار ضخیم، پخت در دمای ۱۱۰ درجه به مدت ۲ تا ۴ ساعت شدیداً توصیه می‌شود.
سامانه سفارش آنلاین بردیفای چگونه ریسک دلایه شدن برد را به صفر می‌رساند؟
سامانه بردیفای هنگام بارگذاری فایل در بخش ثبت سفارش PCB، فایل‌های گربر را از نظر تعادل مس و چیدمان پشته لایه‌ها با موتور DFM بررسی کرده و تمامی سفارش‌ها را منحصراً با متریال معتبر TG150 و TG170 و بسته‌بندی خلأ رطوبت‌زدایی‌شده طبق استاندارد IPC-1601 تولید می‌نماید.