FR4 часто называют стабильным и надёжным материалом для изготовления печатных плат.
Он демонстрирует хорошие эксплуатационные характеристики в большинстве условий эксплуатации и стал стандартным материалом для изготовления жестких печатных плат. Однако, как и многие материалы на эпоксидной основе, FR4 не обладает полной устойчивостью к воздействию влаги.
Со временем ламинат может впитывать воду из окружающей среды. Количество впитываемой воды, как правило, невелико, но при определенных условиях это может повлиять на качество изготовления, электрические характеристики и долговечность.
По этой причине влагостойкость является одним из свойств материала, которые инженеры учитывают при выборе подложки для печатной платы.
Что означает «поглощение влаги»
Под поглощением влаги понимается способность материала впитывать воду из окружающего воздуха.
В случае FR4 молекулы воды со временем постепенно проникают в эпоксидную смолу, особенно если материал хранится в условиях повышенной влажности.
Само стекловолокнистое армирование впитывает очень мало влаги. Большая часть впитанной воды удерживается в составе смолы.
Хотя коэффициент поглощения относительно низок по сравнению со многими пластиками, он не равен нулю.
Почему влажность имеет значение для материалов печатных плат
Небольшое количество влаги может не оказать заметного влияния на готовый продукт.
Однако чрезмерное воздействие влаги до начала производства или в ходе длительной эксплуатации может привести к возникновению ряда потенциальных проблем.
К ним относятся:
- снижение сопротивления изоляции
- изменения размеров
- дефекты пайки
- снижение долгосрочной надежности
Степень воздействия зависит от условий хранения, условий эксплуатации и самой конструкции печатной платы.
Электрические характеристики
Влага незначительно изменяет электрические характеристики эпоксидной смолы.
К возможным последствиям относятся:
- более низкое сопротивление изоляции
- увеличение тока утечки
- незначительные изменения диэлектрических свойств
Для большинства низкочастотных электронных изделий эти изменения незначительны.
В условиях высокоскоростных или высокочастотных применений стабильность электрических характеристик приобретает всё большее значение, в связи с чем правильный выбор материалов и условия их хранения становятся ещё более важными.
Похожие статьи:
- Диэлектрическая проницаемость (Er) FR4 в зависимости от частоты
- FR4 против Rogers PCB для высокочастотных конструкций
Характеристики пайки
Во время сборки печатных плат вопрос влажности приобретает особое значение.
Когда печатная плата, содержащая влагу, подвергается воздействию температур, характерных для пайки методом рефлоу, впитанная вода быстро превращается в пар.
Чрезмерное внутреннее давление может привести к появлению таких дефектов, как:
- жгучий
- отслоение
- растрескивание смолы
Вероятность возникновения этих проблем возрастает, если платы перед сборкой длительное время хранились в ненадлежащих условиях.
Стабильность размеров
FR4 ценится за способность сохранять стабильные размеры в процессе производства.
Поглощение влаги может привести к незначительному расширению эпоксидной смолы.
Хотя изменение размеров, как правило, незначительно, оно может стать более заметным в следующих случаях:
- многослойные печатные платы
- конструкции с мелким шагом
- изделия, требующие соблюдения жестких механических допусков
Надлежащий контроль за состоянием окружающей среды помогает свести эти последствия к минимуму.
Похожие статьи:
Руководство по проектированию многослойных печатных плат
Долгосрочная надежность
От электронных изделий часто ожидают, что они будут работать в течение многих лет.
Во влажной среде постоянное воздействие влаги может ускорить старение материала.
В сочетании с постоянными перепадами температуры влага может способствовать:
- снижение теплоизоляционных характеристик
- механическая нагрузка
- снижение долгосрочной надежности
Такие области применения, как промышленные системы управления, оборудование для эксплуатации на открытом воздухе и автомобильная электроника, как правило, требуют более пристального внимания к условиям окружающей среды.
Типичная влагопоглощаемость FR4
У большинства стандартных ламинатов FR4 коэффициент поглощения влаги составляет примерно от 0,10% до 0,20% в условиях стандартизированных лабораторных испытаний.
Точное значение зависит от следующих факторов:
- состав смолы
- тип стеклоткани
- производитель ламината
- метод испытания
Материалы, предназначенные для применения в условиях, требующих высокой надежности или высокочастотного режима работы, часто характеризуются более низкими показателями поглощения влаги.
Факторы, влияющие на поглощение влаги
На степень впитывания влаги материалом FR4 влияют несколько факторов.
Условия хранения
Высокая влажность и длительные сроки хранения способствуют увеличению поглощения влаги.
Хранение в сухом помещении с контролируемой температурой способствует сохранению качества материала.
Качество материала
Разные производители ламината используют разные системы смол.
Ламинат премиум-класса часто обладает более высокой влагостойкостью, чем стандартные коммерческие сорта.
Конструкция доски
Более толстые доски и многослойные конструкции могут по-разному поглощать и выделять влагу ввиду особенностей своего внутреннего строения.
Условия эксплуатации
Оборудование для использования на открытом воздухе или изделия, применяемые в условиях высокой влажности, подвергаются воздействию влаги гораздо дольше, чем электронные устройства, используемые в контролируемых условиях внутри помещений.
Снижение проблем, связанных с влажностью
Хотя полностью устранить влагу невозможно, соблюдение надлежащих производственных практик помогает снизить её влияние.
Правильно храните материалы
По возможности храните незащищенные печатные платы в чистом и сухом помещении с контролируемой влажностью.
Ограничение срока хранения
Плиты, хранившиеся в течение длительного времени, следует осмотреть перед сборкой.
Применение принципа «сначала старые запасы» может помочь снизить риск ненужного воздействия влаги.
При необходимости запекайте печатные платы
Если плита в процессе хранения впитала избыточную влагу, контролируемая сушка перед сборкой может помочь удалить оставшуюся влагу.
При проведении термообработки всегда следует руководствоваться рекомендациями производителя печатных плат, чтобы не повредить ламинат.
Выберите подходящий материал
Для изделий, эксплуатируемых в сложных условиях, материалы с повышенной термической стабильностью и более низким уровнем поглощения влаги могут обеспечить более высокую долгосрочную надежность.
Похожие статьи: Печатная плата из FR4 и FR4 с высоким значением Tg
Как оценить влагостойкость
- Шаг 1
Ознакомьтесь с предполагаемыми условиями эксплуатации, включая влажность и температуру.
- Шаг 2
Ознакомьтесь с техническими характеристиками по влагопоглощению, указанными производителем ламината.
- Шаг 3
Перед сборкой необходимо учесть условия хранения и транспортировки.
- Шаг 4
Выберите материал, который соответствует как требованиям к производству, так и условиям длительной эксплуатации.
Распространенные заблуждения
Распространенным заблуждением является мнение, что FR4 является полностью водонепроницаемым.
На самом деле FR4 поглощает небольшое количество влаги благодаря составу эпоксидной смолы.
Еще одно заблуждение заключается в том, что влага влияет только на сборку печатных плат.
Хотя сборка является одним из наиболее критических этапов, длительное пребывание в условиях повышенной влажности также может повлиять на качество электрической изоляции и общую надежность.
Понимание этих ограничений помогает инженерам принимать более обоснованные решения при выборе материалов.
Заключение
FR4 обладает хорошей влагостойкостью для большинства коммерческих и промышленных применений, однако влажность всё же оказывает на него некоторое влияние.
Правильное хранение, надлежащее обращение и выбор ламината, подходящего для условий эксплуатации, — все это способствует сохранению качества печатных плат и обеспечению их долгосрочной надежности.
Учет влагопоглощения в процессе выбора материалов помогает снизить производственные риски и способствует созданию более надежных электронных изделий.
Как свести к минимуму проблемы с печатными платами, связанные с влажностью
Шаг 1
Храните незащищенные печатные платы в сухом помещении с контролируемыми условиями.
Шаг 2
Сократите время ненужного хранения до начала сборки.
Шаг 3
Проверьте хранящиеся платы и пропекайте их в соответствии с рекомендациями производителя.
Шаг 4
Выбирайте материалы для печатных плат, соответствующие условиям эксплуатации конечного изделия.
Часто задаваемые вопросы
A: Да. FR4 впитывает небольшое количество влаги через эпоксидную смолу, хотя скорость впитывания относительно низкая.
A: Влага может повлиять на качество электроизоляции, качество пайки, стабильность размеров и долгосрочную надежность.
A: Да. Чрезмерная влажность может привести к образованию пузырей, отслоению или другим дефектам при пайке при высоких температурах.
A: Для большинства коммерческих применений материал FR4 демонстрирует хорошие эксплуатационные характеристики. Для изделий, эксплуатируемых в условиях постоянной влажности или в агрессивных средах, могут потребоваться материалы с повышенной влагостойкостью.
A: Правильное хранение, аккуратное обращение, соблюдение рекомендуемых процедур выпечки в случае необходимости, а также выбор подходящего ламината — всё это помогает свести к минимуму проблемы, связанные с влажностью.
