V komplexnej architektúre elektronických zariadení možno dosky plošných spojov považovať za hlavný uzol, zodpovedný za pripojenie a riadenie rôznych elektronických komponentov. Avšak, ako mnoho priemyselných produktov, dosky plošných spojov nie sú trvalo použiteľné a ich životnosť je ovplyvnená rôznymi faktormi, ktoré ovplyvňujú výkon, spoľahlivosť a dokonca aj životnosť elektronických zariadení. Skúmanie-hĺbkových znalostí o životnosti dosiek plošných spojov má veľký význam pre výrobcov elektronických zariadení, pracovníkov údržby a nadšencov elektroniky.
Analýza faktorov ovplyvňujúcich trvanlivosť
Vlastnosti materiálu a výrobný proces
Dosky s plošnými spojmi sú zvyčajne vyrobené zo sklenených vlákien, živice a iných substrátov, pokryté vodivými materiálmi, ako je medená fólia. Odolnosť voči poveternostným vplyvom, tepelná odolnosť a chemická stabilita týchto základných materiálov sú základom ich skladovateľnosti. Vysokokvalitné materiály môžu lepšie udržiavať stabilné fyzikálne a chemické vlastnosti, keď čelia zmenám prostredia, ako je teplota, vlhkosť a kyslosť. Napríklad použitie medenej fólie vysokej-čistoty a stabilnej živice môže znížiť rýchlosť oxidácie medenej fólie, minimalizovať expanziu a deformáciu substrátu vo vlhkom a horúcom prostredí, a tak predĺžiť životnosť dosky plošných spojov. Výrobný proces je tiež mimoriadne kritický, od laminácie, leptania až po povrchovú úpravu dosky plošných spojov, presnosť a kontrola kvality každého kroku procesu ovplyvní jej počiatočný výkon a následnú rýchlosť starnutia. Nesprávna regulácia tlaku a teploty počas procesu laminácie viacvrstvových dosiek môže viesť k nedostatočnému spojeniu medzi vrstvami, čo má za následok delamináciu v priebehu času a výrazne skracuje životnosť.
Rozdiely v procesoch povrchovej úpravy
Proces povrchovej úpravy dosiek plošných spojov má významný vplyv na ich trvanlivosť. Rôzne povrchové úpravy vykazujú rôzny výkon, pokiaľ ide o odolnosť proti oxidácii, odolnosť proti korózii a zvárateľnosť. Proces ponorenia zlata vďaka svojej vynikajúcej chemickej stabilite a silnej oxidačnej odolnosti zlatej vrstvy môže účinne zabrániť oxidácii podložky, čo vedie k relatívne dlhej skladovateľnosti dosiek plošných spojov, vo všeobecnosti až 12 mesiacov alebo aj dlhšie. Na rozdiel od toho, organický zvárateľný konzervačný proces, hoci je lacnejší, má relatívne tenkú vrstvu filmu, ktorá sa ľahko oxiduje na vzduchu a jeho skladovateľnosť je zvyčajne len 3-6 mesiacov. Doska plošných spojov s procesom postriebrenia je v špecifických prostrediach náchylná na sírenie vrstvy striebra, čím vzniká čierny sulfid strieborný, ktorý ovplyvňuje spájkovateľnosť a elektrický výkon. Jeho trvanlivosť by mala byť tiež starostlivo kontrolovaná, zvyčajne okolo 6-9 mesiacov.
Faktory úložného prostredia
Skladovacie prostredie možno nazvať „neviditeľným zabijakom“ alebo „ochrancom“ životnosti dosiek plošných spojov. Z hľadiska teploty je ideálna skladovacia teplota medzi 15-30 °C. Nadmerná teplota môže urýchliť starnutie materiálu, spôsobiť rozťahovanie medenej fólie a zmäknutie substrátu, čo vedie k zvýšenému riziku skratu medzi obvodmi; Keď je teplota príliš nízka, doska sa stáva krehkou a počas prepravy a inštalácie je náchylný na vznik trhlín. Vlhkosť je tiež kľúčovým faktorom a relatívna vlhkosť by sa mala regulovať medzi 30 % a 70 %. V prostredí s vysokou vlhkosťou sú dosky plošných spojov náchylné na absorpciu vlhkosti, čo spôsobuje koróziu medenej fólie, hrdzu spájkovaných spojov a poškodenie elektrických spojov; Nízka vlhkosť môže ľahko vytvárať statickú elektrinu a poškodiť elektronické komponenty na doske plošných spojov, ktoré sú citlivé na statickú elektrinu. Okrem toho, ak sú v skladovacom priestore korozívne plyny, ako je oxid siričitý, sírovodík atď., budú chemicky reagovať s kovom na povrchu dosky plošných spojov, čím sa urýchli proces oxidácie a korózie a výrazne sa skráti životnosť.
Rozdiely v skladovateľnosti rôznych typov dosiek plošných spojov
Rozdiel medzi holou doskou a zmontovanou doskou
Skladovateľnosť holých dosiek plošných spojov (bez nainštalovaných elektronických komponentov) závisí hlavne od ich vlastných materiálov, výrobných procesov a podmienok skladovania. Za dobrých skladovacích podmienok majú holé dosky, ktoré prechádzajú konvenčnými procesmi povrchovej úpravy, ako je cínové striekanie a pozlátenie, spravidla životnosť 6-12 mesiacov. Ale ak sú holé dosky ošetrené ľahko oxidovateľnými povrchmi, ako je OSP, skladovateľnosť môže byť len 3-6 mesiacov. Zostavená doska plošných spojov s rôznymi elektronickými súčiastkami prispájkovanými na ňu predstavuje zložitejšiu situáciu. Elektronické komponenty majú tiež svoje vlastné obmedzenia životnosti, ako napríklad elektrolytické kondenzátory. Po dlhšom skladovaní alebo používaní môže elektrolyt vyschnúť a hodnota kapacity môže kolísať, čo ovplyvňuje celkový výkon dosky plošných spojov. Vo všeobecnosti sa životnosť montážnych dosiek pohybuje od 2 do 10 rokov v závislosti od kvality a typu vybraných elektronických komponentov, ako aj frekvencie a prevádzkových podmienok dosky plošných spojov.
Charakteristiky dosiek plošných spojov v rôznych oblastiach použitia
V oblasti spotrebnej elektroniky sú dosky plošných spojov často vyrobené z bežných materiálov a procesmi povrchovej úpravy kvôli ich nízkej hmotnosti a nízkym nákladom. Okrem toho sa produkty rýchlo aktualizujú a ich životnosť je vo všeobecnosti nastavená na 2-5 rokov, aby spĺňali požiadavky na spoľahlivosť produktu počas bežného cyklu používania. Dosky plošných spojov v oblasti priemyselného riadenia vyžadujú vysokú spoľahlivosť vďaka ich dlhodobej{5}}stabilnej prevádzke v zložitých a drsných prostrediach. Často sú vyrobené z-kvalitných materiálov a prechádzajú prísnym trojstupňovým ošetrením (vodotesný, prachotesný a antikorózny) so životnosťou 5 – 10 rokov alebo aj dlhšou. V oblasti automobilovej elektroniky sú dosky plošných spojov navrhované a vyrábané podľa prísnych noriem na bezpečnosť a životnosť s prihliadnutím na jedinečný charakter automobilového prostredia (vibrácie, vysoké a nízke teploty, elektromagnetické rušenie atď.). Ich životnosť je zvyčajne 5-8 rokov a počas celého životného cyklu vozidla musí byť výkon dosky plošných spojov stabilný, aby bola zaistená bezpečnosť jazdy a normálna prevádzka vozidla.