أسباب انفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وكيفية الوقاية منها

تعتمد موثوقية لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل كبير على سلامة البنية المركبة. وعندما يبدأ الارتباط بين رقائق النحاس والمواد المُسبقة التشكيل والمواد المركبة في الانفصال، يُعرف ما ينتج عن ذلك باسم «تفكك طبقات لوحات الدوائر المطبوعة».

قد يحدث انفصال الطبقات أثناء التصنيع أو التجميع أو الاختبارات البيئية أو التشغيل الميداني. وبمجرد حدوث انفصال الطبقات، قد يتأثر كل من الأداء الكهربائي والاستقرار الحراري والقوة الميكانيكية.

بالنسبة للمصنعين ومهندسي التصميم، يُعد فهم الأسباب الجذرية لانفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أمرًا ضروريًا لتحسين موثوقية المنتج وتقليل معدلات الأعطال.

ما هو انفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)؟

يشير مصطلح «انفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة» إلى انفصال الطبقات الملصقة داخل بنية لوحة الدوائر المطبوعة.

ومن بين المواقع الشائعة ما يلي:

• الواجهات بين النحاس والرقائق
• واجهات التوصيل بين المواد المُسبقة التشكيل والقلب
• أسطح ربط داخلية متعددة الطبقات
• مناطق التصاق قناع اللحام

قد يظهر انفصال الطبقات على النحو التالي:

• البثور
• جيوب هوائية
• فصل الطبقات
• تورم السطح
• الفراغات الداخلية

في الحالات الشديدة، قد تصبح اللوحة غير صالحة للاستخدام من الناحية الكهربائية.

مقالات ذات صلة: تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات

لماذا يُعد انفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة مشكلة خطيرة تتعلق بالموثوقية

على عكس العيوب الشكلية، يؤثر انفصال الطبقات بشكل مباشر على السلامة الميكانيكية والكهربائية للوحة الدوائر المطبوعة.

ومن بين العواقب المحتملة ما يلي:

• الدوائر المفتوحة
• زيادة تباين المعاوقة
• انخفاض مقاومة العزل
• عطل حراري
• بسبب تدهور الموثوقية
• عيوب التجميع

في مجال الإلكترونيات المستخدمة في صناعة السيارات والصناعة والطب، غالبًا ما يؤدي انفصال الطبقات إلى تعطل المنتج تمامًا.

الأسباب الشائعة لانفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)

امتصاص الرطوبة المفرط

تعد الرطوبة أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لانفصال الطبقات.

تمتص مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الرطوبة بشكل طبيعي أثناء:

• التخزين
• النقل
• فترات انتظار الإنتاج

أثناء عملية اللحام بإعادة الانصهار، تتحول الرطوبة المحبوسة بسرعة إلى بخار.

يُطلق على هذه الظاهرة عادةً اسم:

• القفز كحبات الفشار
• انفصال الطبقات بفعل البخار

يساعد تحضير الألواح قبل التجميع على تقليل هذا الخطر.

رابط داخلي: تشوهات اللوحات الإلكترونية وتشوهات إعادة التدفق

معلمات التصفيح غير الصحيحة

تتطلب عملية التصفيح متعدد الطبقات تحكماً دقيقاً في:

• درجة الحرارة
• الضغط
• معدل التسخين
• معدل التبريد

قد تؤدي المعلمات غير الصحيحة إلى ظهور مناطق ربط ضعيفة تنفصل في نهاية المطاف تحت تأثير الإجهاد الحراري.

تشمل المشكلات الشائعة في مجال التصنيع ما يلي:

• تدفق غير كافٍ للراتنج
• توزيع غير متساوٍ للضغط
• التصلب غير الكامل

اختيار المواد غير الملائم

لا تعمل جميع الألواح الخشبية المصفحة بنفس الكفاءة تحت الضغط الحراري.

قد تظهر على المواد منخفضة الجودة:

• ضعف قوة التقشير
• امتصاص عالٍ للرطوبة
• انخفاض أداء درجة الحرارة الزجاجية

فيما يتعلق بالتطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا، غالبًا ما يحدد المهندسون ما يلي:

• FR4 عالي درجة حرارة التحول الزجاجي
• الرقائق ذات الخسارة المنخفضة
• مواد مخصصة لصناعة السيارات

دورات إعادة العمل المفرطة

تؤدي كل دورة إعادة تصنيع إلى زيادة الضغط الحراري.

قد يؤدي التعرض المتكرر لدرجات حرارة اللحام إلى:

• تحلل الراتنج
• ضعف السندات
• تشققات داخلية

غالبًا ما يُلاحظ هذا المشكل في عمليات تصنيع النماذج الأولية وعمليات الإنتاج بكميات محدودة.

رابط داخلي: تصنيع النماذج الأولية لثنائي الفينيل متعدد الكلور

توازن نحاسي ضعيف

يؤدي التوزيع غير المتساوي للنحاس إلى اختلافات موضعية في التمدد الحراري.

وتشمل العواقب ما يلي:

• تراكم الضغط الداخلي
• تشوه اللوح
• بدء انفصال الطبقات

يساعد التخطيط السليم لتراص الطبقات على الحد من هذه المخاطر.

رابط داخلي: دليل تصميم طبقات لوحات الدوائر المطبوعة

كيفية تحديد انفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة

الفحص البصري

تشمل علامات الإنذار المبكر ما يلي:

• فقاعات على السطح
• بقع بيضاء
• تقرح
• المناطق النحاسية المرتفعة

تحليل المقطع العرضي

تكشف اختبارات المقاطع العرضية ما يلي:

• الفصل الداخلي
• فراغات الراتنج
• عيوب الترابط

تُستخدم هذه الطريقة عادةً أثناء تحليل الأعطال.

الفحص بالأشعة السينية

بالنسبة للوحات متعددة الطبقات، يمكن أن يساعد التحليل بالأشعة السينية في تحديد:

• الفراغات الخفية
• فصل الطبقات
• التشوهات الهيكلية

اختبار الإجهاد الحراري

غالبًا ما تشمل اختبارات الموثوقية ما يلي:

• الصدمة الحرارية
• التدوير الحراري
• محاكاة إعادة الانصهار

تُسرّع هذه الاختبارات ظهور العيوب الكامنة وتكشف عن نقاط الضعف في هياكل الترابط.

كيفية منع انفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة

استخدم مواد عالية الجودة

تعد جودة المواد أساس الموثوقية على المدى الطويل.

ومن بين العوامل المهمة ما يلي:

• درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg)
• مقاومة الرطوبة
• قوة التقشير
• خصائص التمدد الحراري

تحسين التحكم في عملية التصفيح

يجب على الشركات المصنعة مراقبة:

• انقر على مخططات درجات الحرارة
• ثبات الضغط
• سلوك تدفق الراتنج
• علاج الحالات

يؤدي التغليف المتسق إلى تحسين قوة الالتصاق بشكل ملحوظ.

التحكم في التعرض للرطوبة

تشمل الممارسات الموصى بها ما يلي:

• التغليف بالتفريغ
• ظروف التخزين الجاف
• أكياس مانعة للرطوبة
• مدة الصلاحية المحددة

قد يتطلب الأمر تحميص الألواح الحساسة للرطوبة قبل التجميع.

تحسين تصميم التراص

يساعد التراص المتوازن على تقليل الإجهاد الداخلي إلى أدنى حد.

وتشمل أفضل الممارسات ما يلي:

• الهياكل الطبقية المتماثلة
• توزيع متوازن للنحاس
• سمك عازل كهربائي يمكن التحكم فيه

رابط داخلي: عملية تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

الحد من إعادة العمل الزائدة

كل دورة حرارية إضافية تزيد من مخاطر الموثوقية.

كلما أمكن ذلك:

• التحقق من التصاميم بدقة قبل البدء في الإنتاج
• تقليل عمليات إعادة العمل اليدوية
• استخدام إجراءات إصلاح خاضعة للرقابة

الصناعات الأكثر تأثراً بظاهرة انفصال الطبقات

إلكترونيات السيارات

تؤدي التقلبات الحرارية والاهتزازات إلى تسريع آليات الفشل.

المعدات الصناعية

تؤدي ساعات التشغيل الطويلة إلى إجهاد حراري مستمر.

إلكترونيات الطاقة

تؤدي التطبيقات التي تستخدم تيارات عالية إلى حدوث تسخين موضعي.

مقالات ذات صلة: تصميم لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية للسيارات الكهربائية

أنظمة الفضاء الجوي

تتطلب الظروف البيئية القاسية أقصى درجات السلامة الهيكلية.

الأسئلة الشائعة

الخاتمة

يُعد انفصال طبقات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) مشكلة خطيرة تتعلق بالموثوقية، وقد تؤثر على الأداء الكهربائي والاستقرار الميكانيكي وعمر المنتج.

يمكن تجنب معظم حالات انفصال الطبقات من خلال:

• اختيار المواد المناسبة
• عمليات التصفيح الخاضعة للرقابة
• التحكم في الرطوبة
• تصميم متوازن للطبقات
• مراقبة الجودة الفعالة

من خلال معالجة هذه العوامل في مرحلة مبكرة من عملية التصميم والتصنيع، يمكن للمهندسين تحسين موثوقية لوحات الدوائر المطبوعة بشكل كبير والحد من حالات الفشل الميداني على المدى الطويل.