Unter PCB-Delamination versteht man die Trennung der Schichten innerhalb der Platine, wodurch die Struktur der Leiterplatte geschwächt und die Leistung beeinträchtigt wird. Dieser Defekt tritt häufig während der Herstellung oder Montage von Leiterplatten oder sogar bei fertigen unbestückten Leiterplatten oder vollständig bestückten PCBA auf. Daher ist es wichtig, herauszufinden, was ihn auslöst und wie man ihn verhindern kann. In diesem Blog erfahren Sie, wie Sie die Hauptursachen für PCB-Delamination finden und wie Sie sie verhindern können, um letztendlich die Leistung der Platine zu verbessern und kostspielige Nacharbeiten zu vermeiden.
Was sind die Hauptursachen für die Delaminierung von Leiterplatten?
Die Delaminierung von Leiterplatten kann durch eine einzelne Ursache oder eine Kombination von Faktoren ausgelöst werden. Die beiden Hauptursachen sind übermäßige Feuchtigkeit und wiederholte Temperaturwechsel. Daneben gibt es noch weitere Ursachen.
1. Ursachen durch Feuchtigkeitsaufnahme
Laminierte Materialien neigen dazu, Feuchtigkeit aufzunehmen, wenn sie nicht ordnungsgemäß gelagert werden, z. B. wenn sie einer feuchten Umgebung ausgesetzt sind. Während der Leiterplattenherstellung wird die Restfeuchtigkeit im Laminatmaterial bei Hochtemperaturprozessen wie Reflow- oder Wellenlöten in Dampf umgewandelt. Die daraus resultierende Ausdehnung kann zu einer Delaminierung der Leiterplatte führen.
Auch wenn Konstrukteure dazu neigen, den Harzanteil zu reduzieren, um die Feuchtigkeitsaufnahme zu verringern, ist dies keine gute Lösung. Unzureichender Harzanteil kann dazu führen, dass die Glasfasern während des Laminierungsprozesses nicht ausreichend benetzt werden. Die Zwischenräume zwischen den Fasern können nicht gefüllt werden, sodass Hohlräume oder Bereiche mit schwacher Haftung innerhalb der Platine entstehen. Letztendlich ist es dann wahrscheinlicher, dass es später zu einer Delaminierung der Leiterplatte kommt.
2. Ursachen für wiederholte thermische Belastung
Eine Leiterplatte (PCB) besteht aus mehreren Kupfer- und dielektrischen Schichten. Diese Schichten werden durch einen Hochdruck- und Hochtemperatur-Laminierungsprozess dauerhaft miteinander verbunden. Daher ist sie anfällig für thermische Belastungen.
Wiederholte Temperaturwechsel während des Lötens oder der Nachbearbeitung können leicht zu einer Delaminierung der Leiterplatte führen, insbesondere wenn die verwendeten Materialien Temperaturschwankungen nicht standhalten können. Selbst nach der Leiterplattenbestückung kann es zu einer Delaminierung kommen, wenn die Leiterplatte weiterhin einer thermischen Belastung ausgesetzt ist, die über ihrer Glasübergangstemperatur liegt.
Durch thermische Belastung verursachte Delamination von Leiterplatten tritt typischerweise in den inneren Schichten auf und verursacht keine Blasen oder Risse in den Oberflächenschichten. Die Häufigkeit von Delamination nimmt zu. Dies ist vor allem auf die weit verbreitete Verwendung von bleifreien Hochtemperaturloten zurückzuführen, die Leiterplatten einer höheren thermischen Belastung aussetzen, um die RoHS-Anforderungen zu erfüllen.
3. Ursachen des Laminierungsprozesses
Die Laminierung ist ein wichtiger Prozess bei der Leiterplattenherstellung, und eine unsachgemäße Prozesssteuerung kann leicht zu Delaminierungsfehlern an Leiterplatten führen. Belastung, Temperatur und Zeit sind wichtige Faktoren, die die Haftfestigkeit beeinflussen können.
Das Harz lässt sich bei unzureichendem Druck nur schwer ausreichend einfüllen, sodass sich die Verbindungsschichten tendenziell lösen. Übermäßiger Druck kann jedoch den inneren Schaltkreis beschädigen. Eine zu hohe Temperatur kann dazu führen, dass das Harz übermäßig fließt, was sogar zu einer Zersetzung führen kann. Dadurch wird die Haftfestigkeit verringert. Im Gegensatz dazu kann eine zu niedrige Temperatur verhindern, dass das Harz vollständig schmilzt, wodurch keine gute Haftung erzielt werden kann. Wenn die Laminierungszeit zu kurz ist, erhöht sich ebenfalls das Risiko einer Delaminierung der Leiterplatte aufgrund einer unvollständigen Aushärtung des Harzes.
4. Materialbedingte Ursachen
Wenn minderwertige Materialien in Leiterplatten verwendet werden, ist die Wahrscheinlichkeit einer Delaminierung höher. Die minderwertigen Materialien sind anfälliger für Umwelteinflüsse, thermische Belastungen und mechanische Beanspruchungen. Darüber hinaus ist es auch wichtig, den richtigen Materialtyp auszuwählen. Beispielsweise kann ungeeignetes FR-4-Tg-Material zu einer Delaminierung und Ablösung der Leiterplatte führen. Ist die Tg zu niedrig, wird das Material weich und die Haftfestigkeit unter thermischer Belastung oder beim Reflow-Löten verringert sich. Ist die Tg zu hoch, der Laminierungsprozess jedoch nicht ordnungsgemäß durchgeführt worden, führt dies zu einer schlechten Haftung.
5. Ursachen für mechanische Beanspruchung
Während des Leiterplattenbestückungsprozesses kann physikalische Beanspruchung (Biegung, Verformung und andere Belastungen) die Leiterplatte beschädigen und zu Mikrorissen führen. Diese Mikrorisse können sich ausbreiten und schließlich zu einer Delaminierung der Leiterplatte führen.
Wie kann eine Delaminierung der Leiterplatte verhindert werden?
Wenn Sie die Hauptursachen für die Delaminierung von Leiterplatten verstehen, ist das Problem schon zur Hälfte gelöst. Sobald eine Delaminierung auftritt, gibt es einige Maßnahmen. Es ist jedoch schwierig, eine vollständige Reparatur zu garantieren. Daher konzentrieren sich die meisten Maßnahmen gegen die Delaminierung von Leiterplatten auf die Prävention.
Backen zur Beseitigung von Feuchtigkeit
Das Backen von Leiterplatten vor der thermischen Verarbeitung ist eine gängige Präventionsmaßnahme. Feuchtigkeit kann leicht zwischen der dielektrischen Schicht und den Kupferschichten eingeschlossen werden und zu einer Delaminierung der Leiterplatte führen. Wellenlötprozesse dauern nur wenige Sekunden, während SMT-Reflow-Prozesse 60 bis 120 Sekunden dauern können. Das bedeutet, dass die Feuchtigkeit mehr Zeit hat, auszutreten, wodurch eine Delaminierung wahrscheinlicher wird.
Beim Backen wird das Laminat auf eine hohe Temperatur erhitzt und für einen längeren Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten, um Feuchtigkeit zu entfernen. Beachten Sie beim Backen die folgenden Punkte:
- Die Backtemperatur sollte über dem Siedepunkt von Wasser (100 Grad Celsius) liegen, typischerweise bei 105 Grad Celsius.
- Achten Sie beim Backen auf einen ausreichenden Abstand zwischen den Leiterplatten, um eine gute Luftzirkulation zu gewährleisten.
Herstellung und Lagerung in einer trockenen Umgebung
Wenn Leiterplatten einer feuchten Umgebung ausgesetzt sind, erhöht sich das Risiko einer Delaminierung. Hersteller müssen während des gesamten Produktionsprozesses für eine wasserfreie Umgebung sorgen. Wenn Sie Leiterplatten über einen längeren Zeitraum lagern, halten Sie sie immer trocken und bewahren Sie sie in verschlossenen Behältern auf.
Verwendung hochwertiger und geeigneter Materialien
Hochleistungs-FR4 hat eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) als Standard-FR4. Wenn die Leiterplatten mehreren Lötzyklen ausgesetzt sind oder während des Betriebs erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt waren, ist ein Material mit hoher Tg die ideale Wahl. Dieses Material eignet sich besser für bleifreie Prozesse und mehrere thermische Zyklen. Darüber hinaus sollte die Auswahl der Materialien (Prepreg, Kupferfolie usw.) den Industriestandards und Konstruktionsanforderungen entsprechen.
Kontrollierte Fertigungsprozesse ss
Überprüfen Sie während der Fertigung das Reflow-Lötprofil und die Wellenlötparameter, um eine Delaminierung der Leiterplatte aufgrund übermäßiger thermischer Belastung zu vermeiden. Optimieren Sie die Laminierungsparameter (Temperatur, Zeit und Druck) entsprechend den Materialeigenschaften und der Struktur der Leiterplatte. Schließlich ist es auch wichtig, die Laminierungsanlagen zu warten, um eine zuverlässige Genauigkeit und Leistung zu erzielen.
Arbeiten Sie mit einem zuverlässigen Leiterplattenhersteller zusammen
Um eine Delaminierung zu verhindern, sollten Sie mit zuverlässigen Lieferanten zusammenarbeiten, die strenge Qualitätskontrollen und eine stabile Leistung bieten. Die Lieferanten sollten alle erforderlichen Qualifikationsanforderungen erfüllen und Ihren Anforderungen gerecht werden, z. B. die Bereitstellung des erforderlichen Materials und das Bestehen Ihrer spezifizierten Tests.
Zusammenfassung
Die Delaminierung von Leiterplatten ist ein komplexes Problem und ein schwerwiegender Defekt, der in jeder Phase der Produktion und sogar während des Betriebs auftreten kann. Sie beeinträchtigt die Leistung, Zuverlässigkeit und langfristige Haltbarkeit von Leiterplatten. Wenn man jedoch ihre Ursachen versteht, kann man wirksame vorbeugende Maßnahmen ergreifen und das Risiko einer Delaminierung erheblich verringern. Darüber hinaus trägt die Wahl eines erfahrenen Leiterplattenherstellers wie MOKOPCB dazu bei, dass die Leiterplatte auch in rauen Umgebungen stabil funktioniert. Bei Fragen oder Bedenken zu Ihrem bevorstehenden Projekt wenden Sie sich bitte an MOKOPCB, um fachkundige Beratung zu erhalten.
Häufig gestellte Fragen
- Was ist Delamination in Leiterplatten?
Es handelt sich um die Trennung von Schichten innerhalb der Leiterplatte.
- Was sind die häufigsten Anzeichen für eine Delaminierung von Leiterplatten?
Wenn es zu einer Delaminierung kommt, kann es zu großflächigen Verfärbungen und Blasenbildung auf der Lötmaskenbeschichtung kommen. Die Leiterplatte kann sich verziehen, ablösen oder sogar einen elektrischen Ausfall verursachen.
- Was ist der Unterschied zwischen Delaminierung und Measling?
Delamination ist die Trennung zwischen den Leiterplattenschichten, ein schwerwiegenderes strukturelles Problem. Measling hingegen bezieht sich auf das Auftreten weißer Flecken im Glasfasergewebe. Die Auswirkungen sind relativ gering, aber es kann dennoch zu einer Schwächung der mechanischen Festigkeit kommen.
- Mit welchen Tests wird die Delaminierung von Leiterplatten bewertet?
Wenn eine Delaminierung der Leiterplatte zum ersten Mal auftritt, geschieht dies im Inneren der Platine und ist mit bloßem Auge schwer zu erkennen. Wenn Sie Blasen auf der Platine bemerken, ist die Funktionalität der Leiterplatte bereits fast beeinträchtigt. Es gibt verschiedene Testmethoden, darunter die akustische Rastermikroskopie (SAM), die thermomechanische Analyse (TMA), Belastungstestparameter usw.
- Kann eine Delaminierungvon Leiterplatten repariert werden?
Schwere Delaminationen sind schwer zu reparieren, aber leichte Fälle können manchmal durch die folgenden grundlegenden Schritte gemildert werden:
- Suchen Sie den delaminierten Bereich mit bloßem Auge.
- Reinigen Sie den betroffenen Bereich, um Rückstände und Verunreinigungen zu entfernen.
- Setzen Sie den Bereich Hitze und Druck aus, um die Schichten wieder miteinander zu verbinden.
- Lassen Sie die Leiterplatte in einer kontrollierten Umgebung ordnungsgemäß aushärten.
- Testen Sie die Leiterplatte elektrisch und mechanisch, um sicherzustellen, dass sie den erforderlichen Spezifikationen entspricht.
