Dalam pembuatan elektronik moden, ketumpatan tinggiPemasangan Teknologi Permukaan (SMT)membolehkan produk yang padat dan berprestasi tinggi merentasi industri seperti automotif, perubatan dan elektronik pengguna. Namun begitu, semakin kecil saiz komponen dan semakin canggih pembungkusannya, semakin tinggi risiko yang berkaitan dengan kelembapan sehingga menjadi antara ancaman paling serius terhadap kebolehpercayaan produk. Pengurusan risiko ini adalah melalui Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL). Kelembapan terserap yang tidak dikendalikan dengan betul boleh menyebabkan ralat pematerian reflow, penurunan hasil pembuatan dan kegagalan terpendam selepas pembuatan.
Memahami MSL dan Tingkah Laku Kelembapan
Piawaian utamanya, IPC/JEDEC J-STD-020, mengelaskan komponen elektronik kepada beberapa kategori mengikut kepekaannya terhadap pendedahan kepada kelembapan. Penarafan adalah MSL 1 (paling kurang sensitif) hingga MSL 6 (paling sensitif), dan setiap tahap menetapkan masa pendedahan yang dibenarkan, yang juga dirujuk sebagai jangka hayat di lantai (floor life), dalam keadaan persekitaran terkawal (biasanya ≦30℃ dan ≦60% kelembapan relatif).
Komponen yang mempunyai MSL lebih tinggi (BGA, QFN dan IC padang halus) amat terdedah, disebabkan oleh pembungkus plastik yang membolehkan resapan lembapan ke struktur dalaman. Lembapan ini akan tersejat dengan cepat apabila terdedah kepada suhu tinggi semasa reflow (kebiasaannya tidak melebihi kira-kira 260℃ dalam proses bebas plumbum), dan ini menyebabkan tekanan dalaman.
Ini mengakibatkan apa yang disebut sebagai kesan bertih jagung, yang boleh menyebabkan:
Penggodaman pakej
Delaminasi antara lapisan
Kerosakan ikatan wayar
Kegagalan terpendam dan mikroretakan dalaman
Risiko ini masih sangat diperbesarkan dalam pemasangan SMT berketumpatan tinggi apabila tekanan haba dan jarak berdekatan meningkat.
Risiko Kelembapan dalam Kitar Hayat Pembuatan
Semasa Pemasangan SMT
Kelembapan boleh memberi kesan dalam pelbagai bahagian pemasangan PCB:
Popcorning dan Retakan:Kelembapan tersejat meningkat dengan cepat apabila terapung semula.
Kecacatan Sambungan Pateri:Kelembapan menjejaskan tingkah laku pes pateri sehingga menyebabkan rongga atau sambungan yang lemah.
Delaminasi dan Lenturan PCB:Substrat epoksi tidak dapat mengekalkan kelembapan dan mengembang dalam keadaan panas.
Masalah Integriti Isyarat:Penyebaran isyarat dalam litar berketumpatan tinggi boleh diperlahankan oleh kelembapan, yang boleh meningkatkan kekonduksian.
Selain itu, kelikatan pes pateri dan konsistensi pencetakan stensil juga dipengaruhi oleh kelembapan tinggi, yang menurunkan kestabilan proses.
Semasa Proses Kerja Semula
Kerja semula menghasilkan kitaran haba berulang, yang meningkatkan kebarangkalian kerosakan disebabkan oleh kelembapan:
Bahagian yang melebihi tempoh hayat lantai perlu dikerjakan semula.
Tekanan dalaman juga boleh dicetuskan dalam bentuk pemanasan setempat sekiranya kelembapan tertinggal.
Pengendalian yang tidak betul boleh mengakibatkan kecacatan yang tidak dapat dikesan dengan mata.
Kegagalan dalaman mungkin memerlukan teknik pemeriksaan lanjutan seperti sinar-X atau pemeriksaan akustik.
Selepas Pemasangan dan Penggunaan di Lapangan
Walaupun ia telah dipasang, masalah kelembapan masih menjadi satu isu:
Kakisan dan Pengoksidaan: Logam boleh terhakis oleh gabungan kelembapan dan bahan cemar ionik.
Pertumbuhan Delaminasi: Mikroretakan yang sudah wujud mungkin akan merebak dari masa ke masa.
Kegagalan Elektrik: Arus bocor atau litar pintas mungkin disebabkan oleh kelembapan.
Risiko jangka panjang meningkat lagi dalam keadaan lembap atau berubah-ubah suhu akibat pendedahan persekitaran.
Cabaran Kelembapan Peringkat PCB
Malah papan litar bercetak juga terdedah kepada penyerapan lembapan. FR-4, sistem resin dan lapisan gentian kaca mempunyai keupayaan untuk mengekalkan lembapan yang boleh:
Menyebabkan tekanan dalaman kitaran terma.
Menyebabkan pengelupasan antara lapisan.
Minimumkan rintangan penebat dan prestasi elektrik.
Reka bentuk PCB, seperti ketumpatan via, struktur satah kuprum, atau struktur lapisan, mempengaruhi resapan lembapan. Lembapan yang terperangkap juga boleh mengambil masa yang sangat lama untuk tersejat dalam papan berketumpatan tinggi, menjadikan penyingkiran lebih sukar dan kerosakan dalaman lebih berkemungkinan berlaku.
Strategi Utama untuk Mengurangkan Risiko MSL
Penyimpanan yang Sesuai dan Pembungkusan Kering
Peranti sensitif lembapan (MSD) hendaklah diletakkan dalam beg penghalang lembapan (MBB) bersama bahan pengering dan kad penunjuk kelembapan (HIC).
Amalan terbaik termasuk:
Menurunkan kelembapan relatif di bawah 10% RH dalam penyimpanan bahagian sensitif.
Memeriksa keutuhan bungkusan pada waktu penerimaan.
Penyimpanan jangka panjang dalam keadaan kering dengan penggunaan kabinet kering atau storan nitrogen.
Kawalan Hayat Lantai yang Ketat
Adalah penting untuk memantau tempoh pendedahan semasa membuka MBB:
Gunakan sistem kod bar atau MES dalam pemantauan masa nyata.
Gunakan kawalan inventori FIFO (First-In, First-Out).
Komponen yang tidak digunakan perlu dimeterai semula.
Kecacatan berkaitan kelembapan kebanyakannya disebabkan oleh kegagalan mengawal jangka hayat lantai.
Proses Membakar Terkawal
Apabila pendedahan berlebihan berlaku, kelembapan berlebihan akan disingkirkan melalui proses pembakaran:
Keadaan biasa: 100-125℃ selama 24-48 jam (bergantung pada tahap MSL)
Gunakan arahan pengeluar untuk mengelakkan kerosakan bahagian.
Jangan bakar berlebihan, kebolehterimaan pateri atau kemasan PCB boleh rosak.
Membakar tidak dapat menggantikan penyimpanan yang betul, sebaliknya ia seharusnya menjadi tindakan pembetulan.
Kawalan Pengeluaran Alam Sekitar
Adalah perlu untuk mengekalkan keseimbangan persekitaran pengeluaran:
Kelembapan relatif ideal: 40-60% RH
Penyerapan lembapan meningkat apabila kelembapan tinggi (＞60%).
Keadaan yang panas dan kering (kelembapan rendah＜30%) meningkatkan risiko nyahcas elektrostatik (ESD).
Persekitaran terkawal menyediakan pengurangan kelembapan serta ESD.
Kawalan Proses dan Reflow
Profil terma hendaklah diberi perhatian yang rapi:
Kadar peningkatan berperingkat menghapuskan kejutan terma.
Tekanan setempat dikurangkan melalui pemanasan seragam.
Kebolehbandingan dipastikan dengan penentukuran ketuhar yang betul.
Proses yang stabil memainkan peranan utama dalam meminimumkan kegagalan yang disebabkan oleh kelembapan.
Reka Bentuk Rintangan Kelembapan
Risiko tersebut boleh ditangani dengan bantuan reka bentuk:
Jika boleh, gunakan komponen pilihan dengan penarafan MSL yang lebih rendah.
Reka Bentuk PCB meminimumkan pengekalan lembapan.
Fikirkan tentang orientasi menegak papan dalam aplikasi.
Gunakan kemasan permukaan dan kemasan pelindung yang sesuai.
Satu penyelesaian berkesan terhadap kelembapan persekitaran boleh ditawarkan melalui salutan konformal (contohnya akrilik atau silikon).
Teknologi Mitigasi Kelembapan Lanjutan
Dalam kes aplikasi kebolehpercayaan tinggi, penyelesaian lanjutan terdiri daripada:
Kabinet kering (＜5% RH): Memanjangkan jangka hayat simpan komponen.
Sistem storan: Singkirkan kelembapan dan pengoksidaan.
Laminasi vakum: Meminimumkan lubang dalaman dalam fabrikasi PCB.
Sistem penjejakan automatik: Mengurus keperluan MSL.
Teknologi ini akan menggalakkan konsistensi dan meminimumkan ralat manusia dalam susunan pembuatan yang rumit.
Kepentingan Pencegahan Berbanding Pembetulan
Walaupun pendedahan kepada kelembapan boleh diselesaikan melalui proses pembakaran dan kerja semula, pencegahan adalah penyelesaian yang terbaik. Pengendalian berlebihan, pemanasan dan pemulihan boleh menambah kos dan masa kitaran; serta boleh mendatangkan risiko tambahan.
Melalui penerapan langkah kawalan kelembapan yang berkesan pada peringkat awal proses reka bentuk, iaitu semasa pemilihan bahan, penyimpanan dan pemasangan, pengeluar boleh meningkatkan hasil dan kadar sekerap dengan ketara, serta kebolehpercayaan jangka panjang.
Mengurangkan risiko Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL) dalam pemasangan SMT berketumpatan tinggi memerlukan pendekatan antara disiplin terhadap kitar hayat. Bermula daripada penyimpanan komponen dan fabrikasi PCB hingga ke pemasangan, kerja pembaikan semula, dan perlindungan produk akhir, setiap langkah ini perlu dikawal dengan ketat untuk mengelakkan kegagalan yang disebabkan oleh kelembapan.
Dengan perubahan berterusan dalam peranti elektronik yang menjadi semakin padat dan saling berhubung, pengurusan kelembapan yang berkaitan bukan lagi satu pilihan, tetapi satu keperluan demi kualiti dan kebolehpercayaan.
PCBCart menyediakan perkhidmatan untukEMS,Perakitan PCBdan fabrikasi PCB. Kami akan membantu pelanggan meminimumkan risiko MSL dan menghasilkan keputusan yang berkualiti tinggi serta konsisten dalam aplikasi SMT termaju dengan memberi tumpuan yang kuat pada kawalan proses, pengurusan alam sekitar, dan pematuhan terhadap piawaian industri.
Dapatkan Perakitan PCB yang Boleh Dipercayai dengan Kawalan Risiko MSL Pakar
Sumber yang Berguna
•Panduan Aplikasi Salutan Konformal
•Reka Bentuk Pad Komponen QFN
•Pemeriksaan X-ray Automatik (AXI)
•Garis Panduan Proses Pateri Alir Semula
