در معماری پیچیده دستگاه های الکترونیکی، بردهای مدار را می توان به عنوان هاب اصلی در نظر گرفت که وظیفه اتصال و هدایت قطعات مختلف الکترونیکی را بر عهده دارد. با این حال، مانند بسیاری از محصولات صنعتی، بردهای مدار برای همیشه قابل استفاده نیستند و عمر مفید آنها تحت تأثیر عوامل مختلفی است که بر عملکرد، قابلیت اطمینان و حتی عمر مفید دستگاه های الکترونیکی تأثیر می گذارد. کاوش در دانش عمیق در مورد زمان ماندگاری بردهای مدار برای سازندگان دستگاه های الکترونیکی، پرسنل تعمیر و نگهداری و علاقه مندان به لوازم الکترونیکی اهمیت زیادی دارد.
تجزیه و تحلیل عوامل موثر بر ماندگاری
مشخصات مواد و فرآیند ساخت
تخته های مدار معمولاً از الیاف شیشه، رزین و سایر بسترها ساخته می شوند که با مواد رسانا مانند فویل مسی پوشانده می شوند. مقاومت در برابر آب و هوا، مقاومت در برابر حرارت و پایداری شیمیایی این مواد اولیه، پایه و اساس ماندگاری آنها را تشکیل می دهد. مواد با کیفیت بالا بهتر می توانند خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار را در هنگام مواجهه با تغییرات محیطی مانند دما، رطوبت و اسیدیته حفظ کنند. برای مثال، استفاده از فویل مسی با خلوص بالا و رزین پایدار می‌تواند سرعت اکسیداسیون ورق مسی را کاهش دهد، انبساط و تغییر شکل زیرلایه را در محیط‌های مرطوب و گرم به حداقل برساند و در نتیجه طول عمر برد مدار را افزایش دهد. فرآیند تولید نیز بسیار حیاتی است، از لمینیت، اچینگ گرفته تا عملیات سطحی برد مدار، دقت و کنترل کیفیت هر مرحله از فرآیند بر عملکرد اولیه و سرعت پیری بعدی آن تأثیر می گذارد. کنترل نادرست فشار و دما در طول فرآیند لمینیت تخته‌های چند لایه می‌تواند منجر به اتصال بین لایه‌ای ناکافی شود و در نتیجه به مرور زمان لایه لایه شدن و ماندگاری به طور قابل توجهی کاهش یابد.
تفاوت در فرآیندهای تصفیه سطح
فرآیند پردازش سطحی بردهای مدار تاثیر قابل توجهی در ماندگاری آنها دارد. تیمارهای سطحی مختلف عملکرد متفاوتی از نظر مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری از خود نشان می دهند. فرآیند غوطه وری طلا، به دلیل پایداری شیمیایی عالی و مقاومت در برابر اکسیداسیون قوی لایه طلا، می تواند به طور موثری از اکسیداسیون لنت جلوگیری کند و در نتیجه ماندگاری نسبتاً طولانی برای برد مدارها، به طور کلی تا 12 ماه یا حتی بیشتر، داشته باشد. در مقابل، فرآیند نگهدارنده قابل جوشکاری آلی، اگرچه هزینه کمتری دارد، اما دارای یک لایه لایه نسبتا نازک است که به راحتی در هوا اکسید می شود و عمر مفید آن معمولاً تنها 6-3 ماه است. برد مدار با فرآیند آبکاری نقره مستعد واکنش سولفوریزاسیون لایه نقره در محیط های خاص است و سولفید نقره سیاه رنگ تولید می کند که بر لحیم کاری و عملکرد الکتریکی تأثیر می گذارد. ماندگاری آن نیز باید به دقت کنترل شود، به طور کلی حدود 6-9 ماه.
عوامل محیطی ذخیره سازی
محیط ذخیره سازی را می توان "قاتل نامرئی" یا "محافظ" ماندگاری بردهای مدار نامید. از نظر دما، دمای ذخیره سازی ایده آل بین 15 تا 30 درجه سانتیگراد است. دمای بیش از حد می تواند پیری مواد را تسریع کند، باعث انبساط ورق مسی و نرم شدن بستر می شود و منجر به افزایش خطر اتصال کوتاه بین مدارها می شود. هنگامی که دما خیلی پایین است، تخته شکننده می شود و در حین حمل و نقل و نصب، ترک می خورد. رطوبت نیز یک عامل کلیدی است و رطوبت نسبی باید بین 30 تا 70 درصد کنترل شود. در محیط های با رطوبت بالا، بردهای مدار مستعد جذب رطوبت هستند که باعث خوردگی فویل مسی، زنگ زدگی اتصالات لحیم کاری و آسیب به اتصالات الکتریکی می شود. رطوبت کم می تواند به راحتی الکتریسیته ساکن تولید کند و به قطعات الکترونیکی روی برد مدار که به الکتریسیته ساکن حساس هستند آسیب برساند. علاوه بر این، در صورت وجود گازهای خورنده مانند دی اکسید گوگرد، سولفید هیدروژن و غیره در فضای ذخیره سازی، با فلز روی سطح برد مدار واکنش شیمیایی داده و فرآیند اکسیداسیون و خوردگی را تسریع کرده و عمر مفید را به طور جدی کاهش می دهد.
تفاوت در ماندگاری انواع برد مدار
تفاوت بین تخته لخت و تخته مونتاژ شده
ماندگاری بردهای مدار لخت (بدون نصب قطعات الکترونیکی) عمدتاً به مواد، فرآیندهای تولید و شرایط نگهداری آنها بستگی دارد. در شرایط نگهداری خوب، تخته های لخت که تحت فرآیندهای معمولی عملیات سطحی مانند پاشش قلع و آبکاری طلا قرار می گیرند، معمولاً 6 تا 12 ماه ماندگاری دارند. اما اگر تخته های لخت با سطوحی مانند OSP به راحتی اکسید شوند، عمر مفید ممکن است فقط 3-6 ماه باشد. برد مدار مونتاژ شده با قطعات الکترونیکی مختلف که بر روی آن لحیم شده اند، وضعیت پیچیده تری را ارائه می دهد. قطعات الکترونیکی نیز محدودیت های طول عمر خاص خود را دارند، مانند خازن های الکترولیتی. پس از ذخیره سازی یا استفاده طولانی مدت، الکترولیت ممکن است خشک شود و مقدار خازن ممکن است تغییر کند و بر عملکرد کلی برد مدار تأثیر بگذارد. به طور کلی، بسته به کیفیت و نوع قطعات الکترونیکی انتخاب شده و همچنین فرکانس و شرایط عملکرد برد مدار، عمر مفید بردهای مونتاژ از 2 تا 10 سال متغیر است.
ویژگی های بردهای مدار در زمینه های مختلف کاربردی
در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی، بردهای مدار اغلب از مواد معمولی و فرآیندهای تصفیه سطح ساخته می شوند، زیرا به دنبال سبک وزن و هزینه کم هستند. علاوه بر این، محصولات به سرعت به‌روزرسانی می‌شوند و عمر مفید آنها معمولاً ۲-۵ سال تعیین می‌شود تا الزامات قابلیت اطمینان محصول را در طول چرخه استفاده معمولی برآورده کند. بردهای مدار در زمینه کنترل صنعتی به دلیل عملکرد پایدار درازمدت در محیط های پیچیده و سخت نیاز به قابلیت اطمینان بالایی دارند. آنها اغلب از مواد باکیفیت- ساخته می‌شوند و تحت سه عملیات ضدآب، ضد گرد و غبار و ضد خوردگی قرار می‌گیرند، با ماندگاری 5 تا 10 سال یا حتی بیشتر. در زمینه الکترونیک خودرو، بردهای مدار بر اساس استانداردهای سختگیرانه ایمنی و دوام و با در نظر گرفتن ماهیت منحصر به فرد محیط خودرو (لرزش، دماهای بالا و پایین، تداخل الکترومغناطیسی و ...) طراحی و تولید می شوند. عمر مفید آنها معمولاً 5-8 سال است و در کل چرخه عمر وسیله نقلیه، عملکرد برد مدار باید پایدار باشد تا ایمنی رانندگی و عملکرد عادی وسیله نقلیه تضمین شود.