V komplexní architektuře elektronických zařízení lze desky plošných spojů považovat za hlavní rozbočovač, který je zodpovědný za připojení a řízení různých elektronických součástek. Stejně jako mnoho průmyslových produktů však desky plošných spojů nejsou trvale použitelné a jejich životnost je ovlivněna různými faktory, které ovlivňují výkon, spolehlivost a dokonce i životnost elektronických zařízení. Prozkoumání-hloubkových znalostí o životnosti desek plošných spojů má velký význam pro výrobce elektronických zařízení, pracovníky údržby a nadšence do elektroniky.
Analýza faktorů ovlivňujících dobu použitelnosti
Vlastnosti materiálu a výrobní proces
Desky plošných spojů jsou obvykle vyrobeny ze skelných vláken, pryskyřice a dalších substrátů, pokrytých vodivými materiály, jako je měděná fólie. Odolnost vůči povětrnostním vlivům, tepelná odolnost a chemická stabilita těchto základních materiálů jsou základem jejich trvanlivosti. Vysoce kvalitní materiály mohou lépe udržovat stabilní fyzikální a chemické vlastnosti, když čelí změnám prostředí, jako je teplota, vlhkost a kyselost. Například použití vysoce čisté měděné fólie a stabilní pryskyřice může snížit rychlost oxidace měděné fólie, minimalizovat expanzi a deformaci substrátu ve vlhkém a horkém prostředí, a prodloužit tak životnost desky plošných spojů. Výrobní proces je také extrémně kritický, od laminace, leptání až po povrchovou úpravu desky s plošnými spoji, přesnost a kontrola kvality každého kroku procesu ovlivní její počáteční výkon a následnou rychlost stárnutí. Nesprávná regulace tlaku a teploty během procesu laminace vícevrstvých desek může vést k nedostatečnému spojení mezi vrstvami, což má za následek delaminaci v průběhu času a výrazně zkracuje životnost.
Rozdíly v procesech povrchové úpravy
Proces povrchové úpravy desek plošných spojů má významný vliv na jejich životnost. Různé povrchové úpravy vykazují různé vlastnosti, pokud jde o odolnost proti oxidaci, odolnost proti korozi a svařitelnost. Proces ponorného zlata díky své vynikající chemické stabilitě a silné oxidační odolnosti zlaté vrstvy může účinně zabránit oxidaci podložky, což má za následek relativně dlouhou životnost desek plošných spojů, obecně až 12 měsíců nebo i déle. Naproti tomu organický svařitelný proces konzervace, i když je levnější, má relativně tenkou vrstvu filmu, která se snadno oxiduje na vzduchu, a jeho skladovatelnost je obvykle pouze 3-6 měsíců. Deska s plošnými spoji s procesem postříbření je náchylná k reakci síření vrstvy stříbra ve specifických prostředích, čímž vzniká černý sulfid stříbrný, který ovlivňuje pájitelnost a elektrický výkon. Také by měla být pečlivě kontrolována jeho trvanlivost, obvykle kolem 6-9 měsíců.
Faktory úložného prostředí
Skladovací prostředí lze nazvat „neviditelným zabijákem“ nebo „ochráncem“ životnosti desek plošných spojů. Pokud jde o teplotu, ideální skladovací teplota je mezi 15-30 °C. Nadměrná teplota může urychlit stárnutí materiálu, způsobit roztahování měděné fólie a měknutí substrátu, což vede ke zvýšenému riziku zkratů mezi obvody; Pokud je teplota příliš nízká, deska zkřehne a během přepravy a instalace je náchylný k prasklinám. Vlhkost je také klíčovým faktorem a relativní vlhkost by měla být řízena mezi 30 % a 70 %. V prostředí s vysokou vlhkostí jsou desky plošných spojů náchylné k absorpci vlhkosti, což způsobuje korozi měděné fólie, rez pájených spojů a poškození elektrických spojů; Nízká vlhkost může snadno generovat statickou elektřinu a poškodit elektronické součástky na desce plošných spojů, které jsou citlivé na statickou elektřinu. Kromě toho, pokud jsou v úložném prostoru korozivní plyny, jako je oxid siřičitý, sirovodík atd., budou chemicky reagovat s kovem na povrchu desky plošných spojů, urychlí proces oxidace a koroze a výrazně zkrátí životnost.
Rozdíly v trvanlivosti různých typů desek plošných spojů
Rozdíl mezi holou deskou a smontovanou deskou
Skladovatelnost holých desek plošných spojů (bez nainstalovaných elektronických součástek) závisí hlavně na jejich vlastních materiálech, výrobních procesech a podmínkách skladování. Za dobrých skladovacích podmínek mají holé desky, které procházejí konvenčními procesy povrchové úpravy, jako je nástřik cínem a pozlacení, obecně životnost 6-12 měsíců. Pokud jsou však holé desky ošetřeny snadno oxidovatelnými povrchy, jako je OSP, může být skladovatelnost pouze 3-6 měsíců. Sestavená obvodová deska, na které jsou připájeny různé elektronické součástky, představuje složitější situaci. Elektronické součástky mají také svá vlastní omezení životnosti, jako jsou elektrolytické kondenzátory. Po delším skladování nebo používání může elektrolyt vyschnout a hodnota kapacity může kolísat, což ovlivňuje celkový výkon obvodové desky. Obecně se životnost montážních desek pohybuje od 2 do 10 let v závislosti na kvalitě a typu vybraných elektronických součástek a také na frekvenci a provozních podmínkách desky plošných spojů.
Charakteristika desek plošných spojů v různých oblastech použití
V oblasti spotřební elektroniky jsou desky plošných spojů často vyrobeny z běžných materiálů a procesy povrchové úpravy kvůli jejich snaze o nízkou hmotnost a nízkou cenu. Produkty se navíc rychle aktualizují a jejich životnost je obecně nastavena na 2-5 let, aby byly splněny požadavky na spolehlivost produktu během jeho běžného cyklu používání. Desky plošných spojů v oblasti průmyslového řízení vyžadují vysokou spolehlivost kvůli jejich dlouhodobému-stabilnímu provozu ve složitých a drsných prostředích. Často jsou vyrobeny z vysoce-kvalitních materiálů a procházejí přísnou úpravou ve třech stupních (vodotěsná, prachotěsná a antikorozní) s životností 5–10 let nebo i delší. V oblasti automobilové elektroniky jsou desky plošných spojů navrhovány a vyráběny podle přísných norem na bezpečnost a životnost s přihlédnutím k jedinečné povaze automobilového prostředí (vibrace, vysoké a nízké teploty, elektromagnetické rušení atd.). Jejich životnost je obvykle 5-8 let a během celého životního cyklu vozidla musí být výkon desky plošných spojů stabilní, aby byla zajištěna bezpečnost jízdy a normální provoz vozidla.