Vilken inverkan har galvanisk korrosion på kretskortet?

Om du någonsin har funderat på hur galvanisk korrosion påverkar ett mönsterkort är du inte ensam. Denna typ av korrosion gör att närliggande spår förorenas av en lösning eller jonisk vätska, och små flisor växer ut mellan spåren. Dessa kan orsaka kortslutningar eller till och med göra ett funktionsblock på kretskortet obrukbart. Om korrosionen påverkar kraftledningarna på kretskortet kan det leda till att hela enheten slutar fungera.

Exempel på galvanisk korrosion på ett kretskort

Galvanisk korrosion är en elektrokemisk process där ytan på en metall reagerar med ytan på en annan metall. Denna reaktion sker i närvaro av en elektrolyt, och den sker vanligtvis mellan olika metaller. I primärceller utnyttjas denna process för att skapa användbar spänning.

Korrosionsprocessen börjar när fukt, eller jonisk vätska, kommer i kontakt med en exponerad metalldel. Vid kontakt börjar metalloxider att växa och orsaka korrosion på ytan. Denna process kan även påverka intilliggande kretskort och orsaka kortslutningar och försämring av hela kretskortet.

Ett sätt att minimera galvanisk korrosion är att använda korrosionsinhibitorer. Dessa är effektiva när det gäller att minska den galvaniska potentialen, men kräver ständig övervakning. De ökar också vattnets ledningsförmåga. Det är därför viktigt att underhålla kretskortet ordentligt när man arbetar med det.

En annan metod för att förhindra galvanisk korrosion är att använda antioxidantpasta mellan koppar- och aluminiumanslutningar. Denna pasta består av metall med en lägre elektrisk potential än koppar. Detta hjälper till att säkerställa att metallerna inte kommer i kontakt med varandra och minimerar risken för galvanisk korrosion.

Galvanisk korrosion är ofta ett resultat av att olika metaller används i lödfogar. Därför är det viktigt att välja rätt material för kontaktdon. Material med samma jonpotential är mer benägna att motstå korrosion än de med olika metaller.

Process för att minska graden av galvanisk korrosion på ett kretskort

Graden av galvanisk korrosion på ett PCB-kort kan minskas på olika sätt. Den första tekniken innebär att man analyserar nätverket och hittar orsakerna till galvanisk korrosion, och den andra tekniken innebär att man ökar ytan på OSP-skivan (Organic Coating Process) i nätverket.

Kopparplattorna på ett mönsterkort skyddas av en ytbehandling, men fukt kan tränga in under ytbehandlingen. Väl inne reagerar fukten med kopparn och startar en korrosionsprocess. Denna process kan sedan sprida sig längs spåret. I många fall uppstår galvanisk korrosion på grund av kontakt mellan två olika metaller, t.ex. koppar på ett kretskort och metallen i en komponent. Förekomsten av en korrosiv elektrolyt ökar också risken för galvanisk korrosion.

Galvanisk korrosion är ett vanligt problem inom elektronik, särskilt i höghastighetsapplikationer. Det sker när två olika metaller kommer i kontakt med en elektrolyt. När två olika metaller är i elektrisk kontakt förlorar de mer reaktiva metallatomerna elektroner och orsakar oxidation. Detta leder till en kortslutning.

Att hålla kretskorten rena är avgörande för deras livslängd och för att säkerställa enheternas livslängd. Förebyggande av korrosion börjar med att hålla dem torra och fria från vätskor. Därför måste tillverkare och konstruktörer av kretskort noggrant skydda sina kort mot fukt på exponerade ledare.

Typiska typer av korrosionsfel i elektronik

Typiska galvaniska korrosionsfel i elektroniska enheter uppstår på grund av olika typer av processer. En av dem är bildandet av en vattenfilm på PCBA, vilket kan leda till läckströmmar och en felaktig utsignal från den elektroniska enheten. En annan typ av korrosionsfel orsakas av en defekt i tillverkningsprocessen. Denna korrosionstyp resulterar ofta i en kortslutning i brytaren.

Korrosionshastigheten beror på flera faktorer, inklusive temperatur och omgivande miljö. Förekomst av fukt, dagg eller kondens påskyndar processen. Förekomst av dammpartiklar ökar också korrosionshastigheten eftersom de binder fukt. Dammpartiklar kommer från en mängd olika källor, inklusive jord/sand, rök, sotpartiklar och salter.

Rostfritt stål och zink är exempel på ädla och aktiva material. Ju större den relativa skillnaden är mellan de två metallerna, desto större blir den kraft som utövas vid galvanisk korrosion. En katod med stor yta korroderar snabbt på grund av den höga strömmen.

Galvanisk korrosion är ett stort problem inom industridesign. Magnesium är en mycket aktiv konstruktionsmetall. Den används inom flyg-, rymd- och bilindustrin. Ytförhållandet mellan katod och anod påverkar också mängden ström som produceras av galvanisk korrosion. Isoleringsdistanser mellan två metaller kan också minska risken för galvanisk korrosion genom att ändra avståndet mellan dem.

Metoder för detektering av PCB-fel

Det finns flera sätt att upptäcka PCB-fel. Bland dessa metoder finns röntgenstrålning, slice-analys och optisk mikroskopi. Var och en av dessa metoder är användbar för att identifiera och bedöma omfattningen av PCB-skador. Alla dessa metoder är dock inte lämpliga för alla PCB-fel. Exempelvis är skador orsakade av elektrostatiska urladdningar svåra att upptäcka. De påverkar komponenterna genom att mjuka upp lodet och orsaka flera kortslutningar. För att undvika detta problem måste tillverkningsprocessen övervakas minutiöst.

Röntgenstrålar

PCB-röntgen är ett användbart verktyg för att upptäcka fel på kretskort. Bilderna kan avslöja problem som hålrum och lödspår. Dessa problem kan uppstå på grund av utströmmande gaser eller överhettning av lodet.

Analys av skivor

Slice-analys är en metod som används för att analysera mikrostrukturen hos PCB. Den kan hjälpa till att upptäcka en mängd olika PCB-fel. Slice-analys innebär att PCB skärs i vertikala och horisontella sektioner och undersöker deras tvärsnittsegenskaper. Det kan identifiera många olika PCB-fel, såsom delaminering, sprängning och dålig vätning. Denna information kan vara användbar för kvalitetskontroll i framtiden.

Optisk mikroskopi

Optisk mikroskopi kan vara en effektiv metod för att upptäcka PCB-fel. Den ger detaljerade bilder av felställena och kan användas för att upptäcka avvikelser och identifiera föroreningskällor. Metoden är också användbar för att dokumentera prover när de tas emot.

ALT

ALT-metoden för PCB-felsökning är en mer direkt metod för att mäta lödfogar och deposition av lödpasta. Tekniken använder en laserstråle för att skanna ett mönsterkort och mäta reflektiviteten hos olika komponenter. Det uppmätta värdet jämförs sedan med ett kretskorts standardspecifikationer för att avgöra om det finns några fel.

Mikro-infraröd analys

Fel på kretskort orsakas vanligtvis av defekter i lödfogarna. Genom att fastställa orsaken till felet kan tillverkarna vidta nödvändiga åtgärder för att förhindra upprepning. Dessa åtgärder kan omfatta att eliminera kontaminering av lödpasta, se till att PCB har rätt bildförhållande och minimera PCB-återflödestiden. Det finns en mängd olika metoder som används för att analysera PCB-fel, allt från enkla elektriska mätningar till analys av tvärsnitt under ett mikroskop.

ALT mäter deposition i lödfogar

ALT (Aligned Light Transmitter) är en nyare teknik för att mäta höjd och form på lödfogar och deposition av lödpasta på mönsterkort. Denna teknik är mer exakt och möjliggör en snabb mätning. ALT-systemet använder flera ljuskällor, t.ex. kameror eller programmerbara lysdioder, för att belysa lödfogarnas komponenter. Mängden ljus som reflekteras från varje komponent mäts med hjälp av strålens effekt. Sekundär reflektion kan dock orsaka fel i mätningen, eftersom strålen kan reflekteras från mer än en position.

Elektrostatisk urladdning

ESD-metoden (Electrostatic Discharge) används för att upptäcka fel på kretskort. En ESD är resultatet av extrem elektrisk stress, vilket kan orsaka katastrofala fel och dolda skador. Det kan uppstå av en mängd olika skäl, inklusive hög strömtäthet, en ökad elektrisk fältgradient och lokal värmebildning. De skador som uppstår är svåra att upptäcka och kan orsaka stora produktfel. PCB-enheter är mest känsliga för ESD när de är i kontakt med andra laddningsbärande föremål.

Exklusiva layouttips för BGA-chip

För att kunna layouta ett BGA-chip måste du förstå dess fotavtryck. Det finns flera olika typer av layouter. Du kan välja mellan Vias, Fanouts och Fiducial marks. I databladet för NCP161-chipet finns information om rekommenderad padstorlek och padform.

Fanouts

Om du designar ett mönsterkort med BGA-chip är det viktigt att tänka på vilket routningsmönster som är bäst för din komponent. Ett BGA-chip med många stift, till exempel, kräver noggrann planering för att uppnå rätt mönster för escape-routing. Du måste ta hänsyn till faktorer som komponentens pitch och det önskade avståndet mellan dess kulor.

Den bästa rutten för ett BGA-chip består av två grundläggande steg. Först ska du beräkna hur många lager som behövs för att dra signalstiften. Det finns två grundläggande rutter som du kan använda för din BGA: en traditionell fanout eller en dog-bone fanout. Vanligtvis används dog-bone fanout-metoden för BGA:er med större pitch. Med denna metod kan du dra de två yttre raderna med stift på ytskiktet, medan de återstående inre padsarna lämnas fria från vias.

Fiduciala märken

BGA-chip används ofta vid elektronisk montering. På grund av sin speciella form innebär de dock en högre risk för kortslutning vid lödning. Rätt layouttips och rutiner kan hjälpa dig att undvika dessa problem. I den här artikeln får du lära dig hur du placerar BGA-chip på rätt sätt på ditt kretskort för att maximera lödningseffekten.

Det första steget i en korrekt BGA-chiplayout är att säkerställa att komponenterna har rätt inbördes avstånd. Vanligtvis numreras pads inte sekventiellt utan snarare i ett kolumn-rad-format. Kolumnerna numreras från vänster till höger och börjar med A1. Stift A1 indikeras vanligtvis med en markering på ovansidan av chipet.

Hörnmärken

När det gäller PCB-layout gäller samma regler oavsett om du arbetar med BGA-chip eller andra typer av elektroniska komponenter. Det bästa sättet att uppnå optimal prestanda är att se till att dina BGA monteras med ett kraftfullt röntgensystem. Du bör också använda ett visionplaceringssystem för att säkerställa att dina BGA:er är korrekt placerade.

När du arbetar med BGA-chip med många pinnar är det viktigt att planera. Du kan behöva lägga till flera kortlager för att få plats med all escape-routing. Du måste också noga överväga placeringen av komponenterna innan du börjar routa spåren.

Kraftintegritet

BGA-chip med många stift kräver noggrann planering innan du routar spåren. Du bör också ta hänsyn till de routningskanaler som krävs för vior som går ut från stiften. I vissa fall kan det vara nödvändigt att lägga till ytterligare två kortlager för att få plats med de extra stiften. Dessutom har BGA flera rader och kolumner, vilket kräver noggrann placering av komponenter.

Det första steget är att bestämma var BGA:erna ska placeras. Vissa konstruktörer använder flip-chip BGA, där vissa stift tas bort från de inre raderna. Andra använder mikrovias, som borras med laser. Blind vias är också ett alternativ, men de är dyrare. Blind vias ingår vanligtvis i de dyraste layoutplanerna.

Vad är skillnaden mellan blyfri Hasl och blyfri Hasl?

HASL är en tenn-bly-legering. Den bildar lätt fogar och används ofta vid handlödning. De starka fogarna möjliggörs av den nära molekylära bindningen mellan de två metallerna. Detta gör den till en föredragen ytbehandling för applikationer med hög tillförlitlighet.

HASL är en tenn-bly-legering

HASL är en tenn- och blylegering som ofta används för elektroniska kretskort. Den bildar lätt starka fogar och används ofta för handlödning. De två typerna av HASL är snarlika och interagerar på molekylär nivå. Dessa likheter gör HASL till ett utmärkt val för applikationer med hög tillförlitlighet.

Tenn-bly-lödmetall har flera unika egenskaper. De kemiska och fysikaliska egenskaperna hos tenn-bly-lödmetall har varit föremål för omfattande forskning under de senaste 50 åren.

Den är tunnare

Det finns flera fördelar med blyfria mönsterkort jämfört med HASL. Bland dessa fördelar har HASL den bästa hållbarhetstiden. Dessutom är blyfria mönsterkort mer lättspridda. Detta gör dem bättre för lödning av koppar. Det finns dock flera nackdelar med blyfria mönsterkort.

Blyfri HASL är tunnare och har bättre koplanaritet än bly-bly HASL. Skillnaden i lödskiktets tjocklek är ungefär hälften av bly-bly-finishen. Blyfri HASL har en högre smältpunkt och kräver en liten justering av lödprocessen. Processen liknar standard HASL men använder ett speciellt flussmedel. Detta flussmedel hjälper till att aktivera kopparytan på kretskortet. När lodet appliceras på kortet är det viktigt att det har en jämn tjocklek. Luftkniven är ett viktigt verktyg i denna process.

Den är mer enhetlig

Sedan den blyfria rörelsen inleddes inom elektronikindustrin 2006 har blyfri lödning blivit en populär metod för montering av kretskort. Innan utvecklingen mot blyfri tillverkning betraktades denna metod som en föråldrad teknik. Det var dock den dominerande färdigställandemetoden i Nordamerika, Europa och Asien utanför Japan. Denna metod anses nu vara den bästa metoden för blyfri produktion. Flera kinesiska kretskortstillverkare har installerat blyfria HASL-linjer för att möta den växande efterfrågan i Europa. Blyfri HASL blir också allt populärare i Indien och Sydostasien.

Den blyfria legeringen är mycket mindre giftig för människor än HASL-versionen. Dess eutektiska temperatur är cirka tvåhundrasjuttio grader, vilket är betydligt lägre än för den blyfria HASL-legeringen. Dessutom har den en högre grad av mekanisk hållfasthet och ljusstyrka än sin bly-tin-motsvarighet. Det finns dock vissa nackdelar med blyfri legering, t.ex. att den är dyrare.

Den har en längre hållbarhetstid

Hasl blyfritt har längre hållbarhet än blyhaltigt lod. Det är också billigare och kan omarbetas. Det ger dock inte en jämn yta och är opålitligt i applikationer med fin pitch. Det skapar också lödbryggor längs kortet, vilket resulterar i en mindre enhetlig yta på monteringsplattan. Tennlödning med nedsänkning är ett annat alternativ. Det är en vit metallisk substans som appliceras direkt på koppar. De två metallerna är mycket attraherade av varandra.

Blyfritt lod har längre hållbarhet än tennbly, men det har några nackdelar. Blytenn är giftigt och kan orsaka skador på miljön. Blyfria lod är mer miljövänliga. Det är också lättare att rengöra. Till skillnad från blybaserade lod är Hasl blyfritt kompatibelt med de flesta alternativa ytbehandlingar.

Den är RoHS-kompatibel

Den blyfria versionen av HASL liknar konventionell HASL PCB men använder inte tenn-bly i produktionsprocessen. Det är ett RoHS-kompatibelt alternativ, men kanske inte lämpligt för extremt små delar, t.ex. små lysdioder.

Blyfri HASL har ett högre temperaturområde på 260 till 270°C, ett temperaturområde som kan orsaka skeva resultat och kortfel. Blyfri HASL är också mindre effektiv för SMD/BGA-komponenter med elementavstånd under 20 mm. Dessutom är LF HASL mindre enhetligt än HASL Pb/Sn. Det kan också orsaka kortslutning på grund av blyfria ångor som utsöndras under appliceringsprocessen.