Temperaturas Ótimas para Teste de Burn-In para Confiabilidade de PCB: Um Guia Abrangente

Imagens antropizadas pelo cliente

Os testes de queima são o herói desconhecido da fiabilidade dos PCB, eliminando defeitos latentes antes que os produtos cheguem aos clientes.Os fabricantes podem identificar componentes fracosMas o sucesso depende de uma variável crítica: a temperatura.e os defeitos permanecem ocultosPara determinar a temperatura de combustão ideal para o seu PCB, quer se trate de um smartphone, de um robô industrial ou de um dispositivo médico.

Principais conclusões
a. As temperaturas de combustão devem exceder a temperatura máxima de funcionamento dos PCBs em 20-30°C para acelerar a detecção de defeitos sem danificar os componentes.
b. Os limites dos materiais (por exemplo, temperatura de transição do vidro FR-4 ′, Tg) determinam limites superiores: os PCB típicos atingem o máximo a 125°C, enquanto os desenhos a altas temperaturas (PTFE, cerâmica) toleram 150 ′200°C.
c. Os padrões da indústria (AEC-Q100 para automóveis, IPC-9701 para uso geral) orientam os intervalos de temperatura: 85°C para eletrónica de consumo, 125°C para automóveis e 130°C para aeroespacial.
d.A duração do ensaio correlaciona com a temperatura: temperaturas mais elevadas (125°C) exigem 24 a 48 horas, enquanto as temperaturas moderadas (85°C) exigem 48 a 72 horas para expor defeitos.

O que é um teste de incêndio e por que é importante
O teste de queima é um processo de teste de esforço que expõe PCBs a temperaturas elevadas, tensão e, às vezes, vibração para acelerar a falha de componentes fracos.O seu objectivo é identificar os "defeitos na mortalidade infantil" que causariam falhas precoces (dentro dos primeiros 10% da vida útil de um produto), mas que não são detectados pelos controlos de qualidade normalizados.- Não.

Estes defeitos incluem:
a.Juntas de solda a frio: ligações fracas que se quebram sob tensão térmica.
b. Degradação dos componentes: condensadores eletrolíticos com eletrólitos secos ou semicondutores com micro-fissuras.
c. Incoerências de material: deslaminamento em PCB multicamadas ou vestígios de corrosão por resíduos de fluxo.
Se não se queimar, tais defeitos levam a cobranças de garantia dispendiosas e a danos à reputação.Um estudo realizado pela Associação da Indústria Eletrónica (EIA) revelou que a queima reduz as taxas de falhas de campo em 60% a 80% em aplicações de alta fiabilidade, como dispositivos automóveis e médicos- Não.

A Ciência da Temperatura no Teste de Queima.
A temperatura é a variável mais crítica na queima, as temperaturas mais elevadas aceleram as reações químicas e o estresse físico, fazendo com que os componentes fracos falhem mais rapidamente.Há um equilíbrio delicado.- Não.
a. Muito baixo: não estressar suficientemente os componentes, deixando os defeitos não detectados.
b.Tão elevado: danifica componentes saudáveis (por exemplo, solda de fusão, substratos de laminação) ou deforma os PCB, criando novas falhas.
A temperatura ideal depende de três fatores:
1Limitações do material do PCB: A temperatura de transição do vidro (Tg) do substrato (por exemplo, FR-4 Tg = 130 ̊170°C) determina a temperatura máxima segura.
2.Ambiente de utilização final: a queima deve exceder a temperatura máxima de funcionamento dos PCBs em 20-30°C para simular o envelhecimento a longo prazo.
3.Normas industriais: Orientações como AEC-Q100 (automóvel) e IPC-9701 (general) especificam faixas de temperatura para a fiabilidade.

Como os materiais de PCB influenciam os limites de temperatura
Os substratos e componentes de PCB têm limiares térmicos rigorosos.

Regra-chave: a temperatura de queima deve permanecer 10 ̊20°C abaixo do menor Tg do material para evitar danificar PCBs saudáveis.

Intervalos de temperatura ótimos por aplicação

Os casos de utilização de PCB variam muito, pelo que as temperaturas de queima devem ser alinhadas com os seus ambientes de funcionamento.

1- Eletrónica de consumo (smartphones, televisores)
a. Intervalo de temperaturas de funcionamento: 0°C a 70°C (ambiente).
b.Temperatura de combustão ideal: 85°C a 105°C.
c. Raciocínio: excede a temperatura máxima de utilização em 15°35°C, sem danificar os componentes de tensão FR-4 (Tg = 130°C) ou os condensadores de qualidade de consumo (de 85°C).
d.Duração: 24­48 horas. Tempos mais longos (72 horas ou mais) correm o risco de secar condensadores eletrolíticos de baixo custo.
e. Padrão: JEDEC JESD22-A108 (recomenda 85°C/85% RH durante 48 horas).

2Eletrónica industrial (controladores de motores, sensores)
a. Intervalo de temperaturas de funcionamento: -20°C a 105°C (pavimentos de fábrica, recintos externos).
b.Temperatura de combustão ideal: 105 ∼ 125 °C.
c. Razão: Teste a resistência a condições de fábrica extremas. Utiliza FR-4 de alto Tg (Tg = 170°C) para resistir a 125°C sem delaminação.
d.Duração: 48-72 horas. Os componentes industriais (por exemplo, resistências de potência) necessitam de uma tensão mais longa para expor defeitos latentes.
c. Padrão: IPC-9701 (Classe 2, recomenda 125°C durante 48 horas).

3- Eletrónica automóvel (ADAS, ECU)
a. Intervalo de temperaturas de funcionamento: -40 ∼125 °C (abrigos do motor, capot).
b.Temperatura de combustão ideal: 130-150 °C.
c. Razão: Simula 10+ anos de calor sob o capô. Utiliza alta Tg FR-4 (Tg = 170°C) ou PCBs de núcleo metálico (MCPCBs) para lidar com 150°C.
d.Duração: 48­96 horas. Os sistemas de segurança dos automóveis (por exemplo, controladores de airbags) requerem ensaios rigorosos para satisfazer a norma ISO 26262.
e. Padrão: AEC-Q100 (Gradão 2, especifica 125°C para mais de 1000 ciclos; a combustão corresponde a este).

4. Dispositivos médicos (implantes, equipamento de ressonância magnética)
a. Intervalo de temperaturas de funcionamento: 10°40°C (contato com o corpo) ou -20°60°C (sistemas de imagem).
b.Temperatura de combustão ideal: 60°85°C (implantes) ou 85°105°C (imagem).
c.Racionalização: Os implantes utilizam materiais biocompativeis (por exemplo, substratos PEEK) sensíveis a altas temperaturas; os sistemas de imagem necessitam de temperaturas mais elevadas para estressar as fontes de alimentação.
d.Duração: 72-120 horas.
e.Norma: ISO 13485 (requer validação das temperaturas de queima em relação à utilização clínica).

5Aeronáutica e Defesa (Radar, Aviônica)
a. Intervalo de temperaturas de funcionamento: -55 ∼125°C (ambientes extremos).
b.Temperatura de combustão ideal: 125°C a 175°C.
c. Razão: utiliza substratos de alto desempenho (por exemplo, PTFE, Tg = 260°C) para suportar 175°C. Teste a resistência ao envelhecimento induzido por radiação.
d.Duração: 96-168 horas (1 semana). Crítico para sistemas com uma vida útil superior a 20 anos.
e. Padrão: MIL-STD-883H (Método 1015, especifica 125°C durante 168 horas para dispositivos da classe H).

Temperatura de combustão versus duração: encontrar o ponto ideal

A temperatura e a duração trabalham em conjunto para expor defeitos.

Erros comuns para evitar
Mesmo com as orientações, os erros na selecção da temperatura são comuns:

1Ignorando as classificações dos componentes.
Um PCB com condensadores de 85°C não pode sofrer com segurança uma queima a 105°C, mesmo que o substrato (FR-4) o permita.

2Temperatura uniforme para todas as camadas.
Em PCBs multicamadas, as camadas internas retêm calor, atingindo 5 ̊10 °C mais do que as temperaturas da superfície.

3Salto os testes de pós-queima.
A queima identifica as falhas, mas os testes posteriores (continuidade elétrica, verificações da integridade do sinal) confirmam que os PCB saudáveis não foram danificados.Uma queima a 125 °C pode enfraquecer as juntas de solda sem causar falhas imediatas.- Não.

4Com vista para a humidade.
Para PCBs em ambientes úmidos (por exemplo, sensores externos), combinar 85 °C com 85% de umidade relativa (por JEDEC JESD22-A110) acelera a corrosão, expondo vestígios de problemas de queima seca padrão.

Como validar a temperatura de combustão
Antes da produção completa, verifique a temperatura escolhida com um pequeno lote (10 ¢50 PCB):
1.Pré-teste: Realizar testes elétricos (continuidade, impedância) e inspecções visuais.
2.Combustão: Execução à temperatura pretendida durante o período previsto.
3.Pós-teste: repetir as verificações eléctricas/visuais. Comparar as taxas de falha com os dados históricos.
4.Ajustar: se > 5% dos PCB falharem após o ensaio, baixar a temperatura em 10°C. Se < 1% falhar, considerar aumentar em 5°C para detectar mais defeitos.

Perguntas frequentes
P: A queima pode danificar um PCB saudável?
R: Sim, se a temperatura exceder os limites do material. Por exemplo, a queima de 150 ° C no FR-4 padrão (Tg = 130 ° C) faz com que 30% dos PCBs se deslaminem, por teste IPC. Mantenha-se sempre abaixo de Tg.

P: Existe uma temperatura "um só para todos"?
R: Não. Um PCB de smartphone (85°C de queima) e um PCB aeroespacial (150°C) têm necessidades muito diferentes.

P: E se o meu PCB tiver componentes mistos (cerca de 85°C, cerca de 125°C nominal)?
R: Use a classificação de componente mais baixa como sua temperatura máxima. Por exemplo, se os capacitores de 85 ° C forem emparelhados com semicondutores de 125 ° C, limite a queima em 85 ° C.

P: O Burn-in substitui outros testes de fiabilidade?
R: Não. Complementa o ciclo térmico, os testes de vibração e umidade. A queima detecta a mortalidade infantil; outros testes validam a resiliência a longo prazo.

Conclusão
Uma temperatura de combustão ideal equilibra o esforço e a segurança, garantindo que os componentes fracos falhem durante os ensaios, não no campo.e normas industriaisOs fabricantes podem reduzir drasticamente as falhas de campo, quer seja testando um aparelho de consumo a 85°C ou um sistema aeroespacial a 150°C, o objectivo permanece o mesmo:fornecer PCBs com desempenho confiável durante toda a sua vida útil- Não.