Elektronik cihazların karmaşık mimarisinde devre kartları, çeşitli elektronik bileşenlerin bağlanmasından ve çalıştırılmasından sorumlu çekirdek merkez olarak kabul edilebilir. Ancak birçok endüstriyel ürün gibi devre kartları da kalıcı olarak kullanılamaz ve raf ömrü, elektronik cihazların performansını, güvenilirliğini ve hatta hizmet ömrünü etkileyen çeşitli faktörlerden etkilenir. Devre kartlarının raf ömrüne ilişkin-derinlemesine bilgi edinmek, elektronik cihaz üreticileri, bakım personeli ve elektronik meraklıları için büyük önem taşıyor.
Raf Ömrünü Etkileyen Faktörlerin Analizi
Malzeme özellikleri ve üretim süreci
Devre kartları genellikle cam elyaf, reçine ve diğer alt tabakalardan yapılır ve bakır folyo gibi iletken malzemelerle kaplanır. Bu temel malzemelerin hava koşullarına dayanıklılığı, ısıya dayanıklılığı ve kimyasal stabilitesi raf ömrünün temelini oluşturur. Yüksek kaliteli malzemeler sıcaklık, nem ve asitlik gibi çevresel değişikliklerle karşı karşıya kaldığında kararlı fiziksel ve kimyasal özellikleri daha iyi koruyabilir. Örneğin, yüksek-saflıkta bakır folyo ve kararlı reçine kullanmak, bakır folyonun oksidasyon oranını azaltabilir, nemli ve sıcak ortamlarda alt tabakanın genleşmesini ve deformasyonunu en aza indirebilir ve böylece devre kartının ömrünü uzatabilir. Üretim süreci de son derece kritiktir; devre kartının laminasyonundan aşındırılmasına ve yüzey işlemine kadar sürecin her adımının hassasiyeti ve kalite kontrolü, başlangıçtaki performansını ve sonraki eskime oranını etkileyecektir. Çok-katmanlı levhaların laminasyon işlemi sırasında basınç ve sıcaklığın uygun olmayan şekilde kontrol edilmesi, katmanlar arası bağın yetersiz olmasına neden olabilir, bu da zamanla katmanların ayrılmasına ve raf ömrünün önemli ölçüde kısalmasına neden olabilir.
Yüzey işleme proseslerindeki farklılıklar
Devre kartlarının yüzey işleme prosesinin raf ömrü üzerinde önemli bir etkisi vardır. Farklı yüzey işlemleri oksidasyon direnci, korozyon direnci ve kaynaklanabilirlik açısından farklı performans sergiler. Daldırma altın işlemi, mükemmel kimyasal stabilitesi ve altın katmanının güçlü oksidasyon direnci nedeniyle ped oksidasyonunu etkili bir şekilde önleyebilir ve devre kartları için genellikle 12 aya kadar veya daha uzun, nispeten uzun bir raf ömrü sağlar. Buna karşılık, organik kaynaklanabilir koruyucu proses, maliyeti daha düşük olmasına rağmen, havada kolayca oksitlenen nispeten ince bir film tabakasına sahiptir ve raf ömrü genellikle yalnızca 3-6 aydır. Gümüş kaplama işlemine sahip devre kartı, belirli ortamlarda gümüş katmanının sülfürizasyon reaksiyonuna eğilimlidir ve lehimlenebilirliği ve elektriksel performansı etkileyen siyah gümüş sülfit üretir. Raf ömrü de dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir, genellikle 6-9 ay civarındadır.
Depolama ortamı faktörleri
Depolama ortamı, devre kartlarının raf ömrünün "görünmez katili" veya "koruyucusu" olarak adlandırılabilir. Sıcaklık açısından ideal depolama sıcaklığı 15-30 derece C arasındadır. Aşırı sıcaklık, malzemenin yaşlanmasını hızlandırabilir, bakır folyonun genleşmesine ve alt tabakanın yumuşamasına neden olarak devreler arasında kısa devre riskinin artmasına neden olabilir; Sıcaklık çok düşük olduğunda, levha kırılgan hale gelir ve nakliye ve kurulum sırasında çatlaklar meydana gelebilir. Nem de önemli bir faktördür ve bağıl nem %30 ile %70 arasında kontrol edilmelidir. Yüksek nemli ortamlarda devre kartları nem emmeye eğilimlidir, bu da bakır folyonun korozyonuna, lehim bağlantılarının paslanmasına ve elektrik bağlantılarının hasar görmesine neden olur; Düşük nem, kolayca statik elektrik üretebilir ve devre kartındaki statik elektriğe duyarlı elektronik bileşenlere zarar verebilir. Ayrıca depolama alanında kükürt dioksit, hidrojen sülfür vb. gibi aşındırıcı gazlar varsa bunlar devre kartının yüzeyindeki metal ile kimyasal reaksiyona girerek oksidasyon ve korozyon sürecini hızlandırır ve raf ömrünü ciddi şekilde kısaltır.
Farklı devre kartı türlerinin raf ömründeki farklılıklar
Çıplak tahta ve monte edilmiş tahta arasındaki fark
Çıplak devre kartlarının (elektronik bileşenler takılı olmadan) raf ömrü esas olarak kendi malzemelerine, üretim süreçlerine ve saklama koşullarına bağlıdır. İyi depolama koşullarında, kalay püskürtme ve altın kaplama gibi geleneksel yüzey işleme işlemlerinden geçirilen çıplak levhaların raf ömrü genellikle 6-12 ay arasındadır. Ancak çıplak levhalar OSP gibi kolayca oksitlenebilen yüzeylerle işlenirse raf ömrü yalnızca 3-6 ay olabilir. Üzerine çeşitli elektronik bileşenlerin lehimlendiği birleştirilmiş devre kartı daha karmaşık bir durum sunar. Elektronik bileşenlerin de elektrolitik kapasitörler gibi kendi kullanım ömrü sınırlamaları vardır. Uzun süreli depolama veya kullanımdan sonra elektrolit kuruyabilir ve kapasitans değeri değişebilir, bu da devre kartının genel performansını etkileyebilir. Genel olarak montaj kartlarının raf ömrü, seçilen elektronik bileşenlerin kalitesi ve tipinin yanı sıra devre kartının frekansı ve çalışma koşullarına bağlı olarak 2 ila 10 yıl arasında değişmektedir.
Farklı Uygulama Alanlarındaki Devre Kartlarının Özellikleri
Tüketici elektroniği alanında devre kartları, hafiflik ve düşük maliyet arayışlarından dolayı genellikle sıradan malzemelerden ve yüzey işleme proseslerinden yapılır. Üstelik ürünler hızlı bir şekilde güncelleniyor ve raf ömürleri, ürünün normal kullanım döngüsü sırasındaki güvenilirlik gereksinimlerini karşılamak için genellikle 2-5 yıl olarak ayarlanıyor. Endüstriyel kontrol alanındaki devre kartları, karmaşık ve zorlu ortamlarda uzun süreli-kararlı çalışmaları nedeniyle yüksek güvenilirlik gerektirir. Genellikle yüksek-kaliteli malzemelerden üretilirler ve 5-10 yıla kadar, hatta daha uzun bir raf ömrüne sahip olacak şekilde üç aşamalı sıkı bir işleme (su geçirmez, toz geçirmez ve korozyon önleyici) tabi tutulurlar. Otomotiv elektroniği alanında devre kartları, otomotiv ortamının benzersiz doğası (titreşim, yüksek ve düşük sıcaklıklar, elektromanyetik girişim vb.) dikkate alınarak güvenlik ve dayanıklılık açısından katı standartlara göre tasarlanıp üretilir. Raf ömürleri genellikle 5-8 yıldır ve aracın tüm kullanım ömrü boyunca, sürüş güvenliğini ve aracın normal çalışmasını sağlamak için devre kartının performansının istikrarlı olması gerekir.