Micrographie d'une coupe ordinaire de PCB ; elle ne montre aucun trajet CAF et ne démontre pas de défaillance CAF.
Évaluez le risque de filament anodique conducteur (CAF) lorsqu’un PCB comporte des conducteurs internes rapprochés qui seront exposés à la fois à l’humidité et à une polarisation électrique. L’évaluation doit représenter la géométrie réelle des conducteurs, le système de matériaux et l’historique de fabrication, et ne pas se limiter à mentionner une désignation de stratifié résistant au CAF.
Il n’existe ni espacement universel ni profil d’essai qui établisse la sécurité de toutes les conceptions. Un programme utile détermine quels chemins polarisés sont plausibles, comment la construction pourrait changer en production et lors de l’assemblage, et quels éléments permettraient de distinguer une défaillance interne d’un problème de surface.
Ce que le CAF est, et ce qu’il n’est pas
Le CAF est un mécanisme de défaillance électrochimique interne. Un chemin courant se développe le long d’une interface verre/époxy lorsque de l’humidité est absorbée en présence d’une polarisation électrique. Le chemin conducteur qui en résulte peut réduire la résistance d’isolement entre conducteurs et finir par provoquer un court-circuit.
Micrographie d'une coupe ordinaire de PCB ; elle ne montre aucun trajet CAF et ne démontre pas de défaillance CAF.
Une mesure de faible résistance ne prouve pas à elle seule la présence d’un CAF. D’autres défauts internes peuvent provoquer un court-circuit, tandis que la migration électrochimique de surface relève d’un mécanisme différent, à la surface ou dans l’assemblage. Le diagnostic nécessite donc l’historique électrique, les détails de la construction et un examen physique, plutôt qu’une seule mesure de résistance.
Le choix des matériaux compte, mais ne constitue qu’une partie de la décision. Par exemple, la fiche technique d’Isola pour le 370HR décrit ce matériau précis comme résistant au CAF. Cette affirmation n’établit ni les performances ni la durée de vie en service d’un empilage fabriqué particulier.
Pour en savoir plus sur le choix des matériaux et la documentation, consultez les propriétés des matériaux FR-4, ce qu’est un stratifié plaqué cuivre et le guide de documentation de l’empilage.
Déterminer quels chemins de conducteurs évaluer
Commencez par les conducteurs entre lesquels une différence de potentiel persistante peut exister dans l’environnement prévu. Déterminez ensuite la plus petite séparation réaliste après fabrication, tolérances pertinentes comprises, au lieu de vous fier uniquement aux cotes nominales du plan de conception.
| Géométrie polarisée | Question physique | Éléments à demander ou à examiner |
|---|---|---|
| Trou à trou | Des trous métallisés adjacents peuvent-ils être plus proches en production que ne le suggère l’espacement nominal ? | Positions et tolérances des trous, empilage, historique pertinent du perçage et de la fabrication, et motif d’essai représentatif |
| Trou à plan | À quelle distance minimale le trou métallisé peut-il se trouver d’un plan interne après fabrication ? | Dégagement du plan et sa tolérance, position de couche, détails du trou, polarité et géométrie d’essai représentative |
| Autres paires de conducteurs internes | Existe-t-il un chemin polarisé plausible dans le diélectrique entre les conducteurs ? | Construction des couches, séparation, système de matériaux, polarisation réelle et justification de la représentativité du motif choisi |
| Conducteurs de surface | L’humidité ou les conditions d’assemblage peuvent-elles favoriser un chemin de surface plutôt qu’un chemin interne ? | État de surface, historique d’assemblage, observations électriques et, au besoin, évaluation distincte de la migration de surface |
L’écart nominal le plus faible n’est pas automatiquement la seule géométrie importante. Tenez compte de la tension et de la polarité applicables, de l’exposition, de la part du produit représentée par le motif et des effets possibles des variations de fabrication sur la séparation.
Exemple hypothétique : trou à trou ou trou à plan
Une conception comporte des trous métallisés adjacents sur des réseaux différents, ainsi qu’un trou métallisé passant à proximité d’un plan d’alimentation interne. L’espacement trou à trou semble plus serré sur le plan, de sorte que l’équipe prévoit initialement de ne tester que ce motif.
Lors de l’examen, l’équipe constate que le dégagement trou-plan est soumis à une tolérance de fabrication différente et reste polarisé dans l’état de fonctionnement prévu. L’ingénieur responsable et le laboratoire décident s’il faut représenter les deux motifs, en utilisant les séparations réalistes après fabrication et la polarité réelle, et non le seul espacement nominal.
Cet exemple n’établit aucun classement entre les deux géométries. La décision consiste à documenter la raison d’inclure ou d’exclure chaque chemin.
Que peut changer une équipe avant la mise en production ?
Commencez par les chemins polarisés dont la marge de fabrication réaliste est la plus faible. Une modification n’est utile que si ses effets sur l’ensemble de la conception et de la fabrication sont compris.
| Décision | Action à envisager | Points à vérifier avant acceptation |
|---|---|---|
| Géométrie | Déplacer un trou polarisé ou ajuster le dégagement d’un plan pour augmenter la séparation diélectrique pertinente. | Revérifier le routage, les chemins de retour du courant, les autres dégagements, les tolérances ainsi que les distances réelles trou-plan et trou-trou. |
| Matériau | Comparer un empilage spécifié de stratifié et de préimprégné à un candidat dont les preuves d’essais CAF sont documentées. | Comparer le véhicule d’essai, la géométrie, l’historique de fabrication et les conditions associées aux preuves. Vérifier aussi les exigences électriques, thermiques et d’approvisionnement ; le nom du matériau ne qualifie pas à lui seul la carte. |
| Fabrication | Examiner avec le fabricant de PCB le perçage, la préparation des parois de trous et les contrôles de laminage. Une détérioration ou une séparation à une interface verre/résine peut créer un chemin potentiel de migration. | Demander quels dossiers ou résultats d’inspection sont disponibles pour la fabrication proposée et comment tout changement de procédé ou de matériau est communiqué. Ne pas supposer qu’un procédé ou essai particulier est inclus. |
| Environnement du produit | Examiner comment les conditions du boîtier et les modes de fonctionnement influent sur l’exposition à l’humidité ainsi que sur la durée et la polarité de la tension. | Tenir compte du fonctionnement normal et des écarts probables. Une protection de surface peut réduire certaines expositions, mais ne démontre pas, à elle seule, la résistance à un chemin interne. |
L’action choisie peut modifier le plan d’essai du coupon ou de qualification. Convenez avec l’ingénieur produit et le fabricant de la construction à tester et de la façon d’évaluer les substitutions ultérieures. L’exposition thermique pendant l’assemblage peut également influer sur l’état de l’interface ; la dilatation thermique des PCB apporte du contexte sans transformer une valeur de CTE du stratifié en prédiction du CAF.
Choisir la méthode correspondant au mécanisme suspecté
La norme IPC-TM-650 2.6.25C, datée de février 2021, traite de la migration interne. Sa section 1 avertit que la méthode n’a pas été conçue pour une utilisation au-dessus de 100 V CC. Confirmez la révision en vigueur et discutez avec le laboratoire et l’ingénieur produit responsable de toute utilisation prévue en dehors du champ d’application de la méthode.
La norme IPC-TM-650 2.6.14.1, datée de septembre 2000, concerne spécifiquement la migration de surface. Elle n’est pas interchangeable avec la méthode de migration interne. Un problème de surface sur une carte assemblée peut nécessiter une investigation différente d’un chemin interne à travers le stratifié.
La référence à une méthode est un point de départ, pas un substitut à un accord propre au projet sur l’exposition, la polarisation, les observations et l’acceptation. Les preuves de fabrication ou d’assemblage ne qualifient pas non plus, à elles seules, l’ensemble du système pour son environnement de service.
Préparer une demande d’essai pratique
L’équipe produit doit préciser quels éléments ci-dessous constituent des exigences contractuelles et lesquels sont des questions à résoudre avec le laboratoire. Ne laissez pas un profil d’essai non spécifié ou un critère d’acceptation être déduit d’une fiche technique de matériau.
À préciser dans la demande ou le contrat :
- Périmètre et objectif : le produit ou la construction représenté, la décision visée et le fait que l’essai porte sur un coupon, une carte ou un autre spécimen convenu.
- Construction et historique : références des matériaux de stratifié et de préimprégné, empilage et historique pertinent de fabrication, ainsi que l’historique d’assemblage ou de refusion le cas échéant.
- Géométrie : paires de conducteurs et positions des couches, séparations réalistes les plus défavorables, tolérances de fabrication et justification des motifs retenus.
- Exposition et conditions électriques : exposition à l’humidité propre au projet, polarisation appliquée et polarité, y compris leur représentativité de l’utilisation réelle.
- Témoins et observations : spécimens témoins convenus, intervalles de mesure de la résistance et mode d’enregistrement des interruptions ou défaillances.
- Plan d’échantillonnage et acceptation : taille d’échantillon, critère de réussite et manière dont le résultat étayera la décision annoncée. Convenez-en avant l’essai au lieu d’adopter un critère universel supposé.
- Livrables du rapport : identification des spécimens, conditions et historique, données brutes de résistance en fonction du temps, défaillances et moment de leur apparition, résultats des coupes micrographiques ou d’autres examens.
- Revue des changements : changements de matériau, d’empilage, de géométrie, de fabrication, d’assemblage ou d’exposition exigeant une réévaluation.
Questions à poser au laboratoire et à l’ingénieur produit responsable :
- Le motif proposé représente-t-il les chemins réalistes trou-trou et trou-plan, tolérances comprises ?
- Les témoins suffisent-ils pour interpréter l’effet de la polarisation et de l’exposition ?
- La méthode choisie s’applique-t-elle à la polarisation prévue, et quelles limites faut-il signaler ?
- Quel examen est réalisable après une chute de résistance et quelles conclusions peut-on ou non en tirer ?
- Le plan d’échantillonnage est-il adapté à la décision, plutôt que simplement pratique à exécuter ?
Un motif dédié peut faciliter l’interprétation de l’évaluation, mais sa pertinence doit être justifiée par rapport à la construction du produit. Consultez les coupons d’essai pour PCB pour en savoir plus sur la représentation d’une conception dans un spécimen d’essai.
Examiner un chemin à faible résistance
- Préserver les preuves. Consigner les réseaux concernés, la résistance mesurée, la polarisation et la polarité, l’exposition, le temps d’observation et l’identité du spécimen. Conserver l’enregistrement de la résistance en fonction du temps au lieu de ne rapporter que la valeur finale.
- Vérifier la mesure et l’historique. Examiner les connexions, témoins, interruptions d’essai, dossiers de fabrication et historique d’assemblage ou de refusion avant d’attribuer une cause.
- Localiser le chemin probable. Déterminer si les éléments indiquent une paire de conducteurs interne, un chemin de surface ou un autre défaut. Comparer l’emplacement à la géométrie d’essai prévue et aux variations réalistes de fabrication.
- Planifier l’examen physique. Coordonner avec le laboratoire les coupes et autres examens afin de représenter le chemin suspecté et les couches pertinentes. Consigner les observations positives ainsi que les limites de l’examen.
- Présenter la conclusion avec ses incertitudes. IPC-TM-650 2.6.25C indique que la détection par coupe micrographique médico-légale peut être difficile. L’absence d’observation d’un filament ne prouve donc pas qu’un CAF n’a pas eu lieu ; de même, une chute de résistance ne prouve pas à elle seule la présence d’un CAF.
- Revoir la conception et l’évaluation. Si le chemin ou l’historique diffère du pire cas supposé, réexaminer la géométrie, les témoins, les dossiers de matériaux et de procédés, ainsi que le besoin d’essais supplémentaires propres au projet.
Le résultat le plus utile est une décision traçable : quelle construction a été évaluée, quel mécanisme de défaillance les preuves étayent et quelles incertitudes subsistent avant la prochaine décision de qualification de l’équipe produit.
Pour une demande de devis ou une discussion de projet avec APTPCB, indiquez l’empilage, la géométrie pertinente des couches et des trous, la polarisation de fonctionnement et l’environnement, ainsi que les exigences d’essai ou de documentation. Confirmez le périmètre de toute assistance proposée en matière de matériaux, de fabrication ou d’essais pour le projet concerné.