Défauts courants dans les circuits imprimés cuivrés et comment les éviter

En général, tous les circuits imprimés (PCB), sans exception, utilisent du CCL (stratifié plaqué cuivre). Celui-ci fournit la couche conductrice nécessaire au bon fonctionnement du circuit. Les fabricants et les concepteurs peuvent améliorer les contrôles et les mesures préventives en comprenant mieux ces défauts et leurs causes. Les défauts des PCB plaqués cuivre peuvent nuire aux performances électriques et provoquer une défaillance prématurée des appareils électroniques. Cet article examine les défauts les plus courants des PCB plaqués cuivre ainsi que les mesures préventives.

Qu'est-ce qu'un PCB plaqué cuivre ?

Essentiellement, un PCB plaqué cuivre est constitué d'un matériau de base isolant (tel que le polyimide, le FR4 ou le CEM-1). Une ou plusieurs couches de feuille de cuivre sont appliquées uniformément sur ce matériau. Ces couches de cuivre, après avoir été gravées lors de la production du PCB, fournissent les chemins électriques. En raison de son excellente conductivité électrique, le cuivre est idéal pour cette utilisation. Une mauvaise manipulation ou un mauvais traitement du matériau peut entraîner de graves problèmes de qualité, comme une résistance plus élevée et une faible conductivité, ce qui peut perturber la propagation du signal dans un PCB.

6 défauts courants dans les PCB plaqués cuivre

1) Délaminage :

Généralement provoqué par un stress thermique ou une adhérence de laminage insuffisante, le délaminage se produit lorsque la feuille de cuivre se sépare du substrat isolant. Les causes sont les cycles de température excessifs pendant la construction et l'humidité piégée dans le substrat. Une température de transition vitreuse (Tg) appropriée peut l'arrêter. De plus, nous pouvons éliminer l'humidité avant le traitement en suivant les techniques de pré-étuvage appropriées.

2) Cloquage (soulèvement de la feuille) :

Le cloquage est le processus par lequel des bulles ou des zones surélevées se forment sous la feuille de cuivre. Une mauvaise liaison ou des gaz piégés en sont souvent la cause. Il est provoqué par la chaleur pendant le laminage et un durcissement insuffisant des matériaux préimprégnés. En gardant les surfaces propres et prêtes pour le laminage et en permettant aux stratifiés de durcir complètement, cela peut être évité.

3) Défauts de trous d'épingle et de porosité :

Les trous d'épingle sont de petits trous ou espaces dans la feuille de cuivre, tandis que la porosité décrit les espaces microscopiques à l'intérieur de la couche de cuivre elle-même. Avec le temps, ces défauts peuvent entraîner de la corrosion, des fuites électriques ou des points faibles. Ils sont causés par des contaminants dans la feuille de cuivre ainsi que par l'oxydation de la surface de la feuille. L'utilisation d'une feuille de cuivre de haute pureté peut l'arrêter. De plus, des revêtements améliorant l'adhérence ou des traitements d'oxyde peuvent être utilisés pour le nettoyage avant le laminage.

4) Froissement et plissement :

Généralement, la manipulation ou le laminage provoque le froissement de la feuille de cuivre, créant des surfaces inégales qui peuvent conduire à une gravure inadéquate ou à des courts-circuits. Cela est dû soit à une force mécanique excessive sur la feuille de cuivre, soit à un désalignement pendant le laminage. Cela peut être évité en utilisant des contrôles d'alignement précis. Les stratifiés plaqués cuivre peuvent être conservés dans des conditions contrôlées en humidité.

5) Oxydation du cuivre :

Avec le temps, les surfaces de cuivre s'oxydent naturellement pour générer un revêtement terne qui peut entraver les performances électriques. Une protection d'emballage inadéquate et une exposition à l'air/l'humidité pendant le stockage peuvent en être la cause. Cela peut être évité en utilisant un emballage sous vide ou à barrière contre l'humidité, ou en utilisant des revêtements anti-oxydation ou des traitements OSP (Organic Solderability Preservatives).

6) Défauts de gravure (sur-gravure ou sous-gravure) :

Une gravure inadéquate pendant le processus de génération du circuit peut conduire à une mauvaise définition du conducteur, ce qui peut également provoquer des courts-circuits et des pistes incomplètes. Une mauvaise adhérence de la résine photosensible ou une chimie de gravure irrégulière peuvent en être la raison. Cela peut être évité en utilisant des systèmes de gravure automatisés avec un contrôle de processus strict, principalement en vérifiant et en modifiant régulièrement la température et la concentration du produit de gravure.

Meilleures pratiques pour éviter les défauts des PCB plaqués cuivre (faire un tableau)

1. Qualité du matériau : Cela dépend du cuivre et de ses défauts. Approvisionnez-vous toujours en stratifiés plaqués cuivre de haute qualité qui doivent être soumis à des tests appropriés avant utilisation.

2. Contrôle des processus : Utiliser des machines n'est pas une tâche simple et nécessite de la précision. Une surveillance stricte des processus pendant chaque étape de fabrication est nécessaire pour de bonnes performances.

3. Contrôles environnementaux : Maintenez toujours des environnements propres et contrôlés en humidité pour le stockage et la production.

4. Inspections régulières : Le contrôle qualité est important, mais ces vérifications doivent être régulières, sur une base quotidienne.

5. Stockage approprié : Utiliser un emballage de protection pour protéger les surfaces de cuivre de l'oxydation aide toujours. Cela protège également le PCB des dommages mécaniques pendant le transport et le stockage.

Analyse de conception pour la fabricabilité (DFM) :

Ce processus trouve les éléments qui peuvent être difficiles à produire de manière cohérente pendant la phase de conception. Avant le début de la fabrication de la carte, les concepteurs peuvent modifier la disposition pour éliminer ces risques pour la fabricabilité. Inclure les experts de votre fabricant de PCB dans la phase de conception garantit que l'expertise de fabrication est intégrée dans le produit final. De plus, les technologies de simulation et de modélisation confirment que les conceptions répondront aux spécifications et résisteront aux conditions réelles.

Conclusion

La longévité et les performances des produits électroniques peuvent toutes être affectées négativement par les défauts des PCB plaqués cuivre. En étant conscients des problèmes typiques discutés ici dans l'article : oxydation, trous d'épingle, cloquage, délaminage et gravure. De meilleurs matériaux, des procédures améliorées et des contrôles de qualité stricts peuvent tous être mis en œuvre par les fabricants. Les variables de conception et de fabrication contribuent aux défauts de fabrication des PCB. Connaître les défauts de PCB les plus répandus permet aux fabricants de se concentrer sur une inspection ciblée.

La détection et la correction précoces des défauts réduisent les rebuts, ce qui évite les problèmes fonctionnels dans les produits finis. Le succès nécessite une collaboration étroite avec votre fabricant de PCB et un accord sur les normes de qualité. Les risques de défauts de PCB peuvent être gérés avec succès grâce à des procédures d'inspection et de prévention strictes.