5 أسباب لفشل لوحتك الحالية عند الحرارة العالية

يمكن لثنائي الفينيل متعدد الكلور أن يجتاز اختبار البدلاء ويظل يفشل بعد أسابيع من الاستخدام في درجات الحرارة العالية. لقد رأيت هذا يحدث عندما تعمل اللوحة بشكل جيد في درجة حرارة الغرفة ولكن يتم إعادة ضبطها أو فقدان الإشارة أو تطوير دائرة مفتوحة بالقرب من محرك أو مصدر طاقة أو حجرة المحرك أو صندوق التحكم المغلق. نادراً ما تسبب الحرارة مشكلة واحدة. فهو يغير مادة اللوحة، ويضعف وصلات اللحام، ويزيد من التسرب الكهربائي، ويضع المزيد من الضغط على المكونات. تساعد هذه الأسباب الخمسة في تفسير سبب فشل لوحة PCB تحت الحرارة العالية وكيفية التحقق من كل سبب منها. 1. تتمدد مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمعدلات مختلفة يحتوي ثنائي الفينيل متعدد الكلور على عدة مواد، مثل النحاس والصفائح واللحام والمكونات الإلكترونية. تتوسع كل مادة بمعدل مختلف عندما ترتفع درجة الحرارة. يمكن أن يتوسع البرميل النحاسي الموجود داخل الفتحة المطلية على طول المحور Z. إذا تمددت الطبقة الرقيقة أكثر من النحاس، فقد يؤدي التسخين المتكرر إلى الضغط على جدار البرميل. قد تظهر شقوق صغيرة بعد العديد من دورات الحرارة. قد تعمل اللوحة أثناء الفحص وتفشل لاحقًا عند فتح الاتصال. إنني أولي اهتمامًا وثيقًا بما يلي: - درجة حرارة التحول الزجاجي للصفائح، والمعروفة باسم Tg - معدل تمدد المحور Z - عدد طبقات النحاس - سمك اللوح - عدد دورات التسخين والتبريد يمكن للوحة المصنوعة من صفائح مناسبة تتحمل درجة حرارة عالية أن تقلل من هذا الخطر. يجب أن تتوافق المادة مع نطاق التشغيل الفعلي، وليس فقط درجة حرارة الذروة قصيرة المدى. 2. تصبح وصلات اللحام ضعيفة بعد دورات الحرارة المتكررة تتوسع وصلات اللحام وتنكمش مع تسخين لوحة PCB وتبريدها. يمكن للمكون الكبير أن يخلق المزيد من الضغط لأن جسمه وثنائي الفينيل متعدد الكلور قد يتحركان بمعدلات مختلفة. تظهر هذه المشكلة غالبًا حول: - المكثفات الكبيرة - ترانزستورات الطاقة - المحولات - الموصلات - المرحلات - المشتتات الحرارية الثقيلة لقد قمت ذات مرة بمراجعة لوحة التحكم المستخدمة بالقرب من محرك صناعي. اجتازت اللوحة اختبارًا وظيفيًا، لكن اتصال التتابع أصبح غير مستقر بعد التشغيل المتكرر. ظل جسم التتابع جامدًا نسبيًا بينما انثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع تغيرات درجة الحرارة. تشكل صدع صغير حول وصلة اللحام. قد لا يكشف الفحص البصري عن المشكلة. أقوم بفحص المفصل بالتكبير، والفحص بالأشعة السينية عند الحاجة، واختبار دورة درجة الحرارة. إن تعزيز كل وصلة لحام ليس حلاً كاملاً. قد يتضمن النهج الأفضل تصميمًا أقوى للوسادة، وحجم لحام مناسب، ودعم المكونات، وتقليل الضغط الميكانيكي. 3. تعمل المكونات خارج نطاق درجة الحرارة الآمن الخاص بها كل مكون له نطاق درجة حرارة. قد يستمر المكثف أو المنظم أو المستشعر أو جهاز الذاكرة في العمل أعلى من نطاقه المقدر لفترة قصيرة، ولكن يمكن أن تنخفض مدة خدمته مع زيادة الحرارة. المكثفات كهربائيا هي مثال شائع. يمكن أن يتحلل المنحل بالكهرباء الداخلي بشكل أسرع عند درجات حرارة مرتفعة. قد لا يوفر المكثف المقدر لمدة 2000 ساعة عند 105 درجة مئوية نفس عمر الخدمة الذي يوفره المكثف المصمم لدرجة حرارة تشغيل أقل بهامش أكبر. يمكن أن تؤثر الحرارة أيضًا على: - منظمات الجهد الكهربي - الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) - وحدات التحكم الدقيقة - مذبذبات الكريستال - أجهزة الاستشعار الضوئية - دوائر حماية البطارية لا أحكم على المكون إلا من خلال الحد الأقصى للعدد الموضح في ورقة البيانات الخاصة به. أتحقق من درجة الحرارة الفعلية في علبة المكون، ودرجة حرارة الهواء القريب، والحمل الكهربائي، ومسار التبريد المتاح. قد يتم تصنيف المنظم على درجة حرارة توصيل عالية، ومع ذلك يمكن أن تصبح عبوته ساخنة للغاية عندما يتم وضع PCB داخل حاوية محكمة الغلق. يجب أن يتفق تصنيف المكونات وتصميم النظام الكامل. 4. لا يقوم PCB بإزالة الحرارة بشكل جيد تبدأ العديد من مشكلات الحرارة بمسار حرارة سيئ. تدخل الحرارة من خلال مكونات الطاقة، أو الهواء المحبوس، أو الأجزاء المعدنية القريبة، أو الاتصال المباشر بآلة دافئة. إذا لم يكن لدى اللوحة طريق واضح لخروج تلك الحرارة، فستستمر درجة الحرارة في الارتفاع. تتضمن مشكلات التصميم الشائعة ما يلي: - مناطق نحاسية صغيرة أو متصلة بشكل سيئ - عدد قليل جدًا من المداخل الحرارية - أجزاء حساسة للحرارة موضوعة بجانب أجهزة الطاقة - حاوية محكمة الغلق بدون مسار لنشر الحرارة - مشتت حراري لا يقوم بالاتصال الجيد - تدفق تيار مرتفع عبر آثار نحاسية ضيقة أبدأ المراجعة من خلال رسم خرائط لمصادر الحرارة. يمكن للكاميرا الحرارية أن تظهر النقاط الساخنة أثناء التشغيل، على الرغم من أنه يجب التحقق من قراءة سطح الكاميرا باستخدام مستشعر مناسب عندما تكون الدقة مهمة. قد يساعد صب النحاس الواسع على نشر الحرارة، لكنه لا يحل المشكلة دائمًا. لا تزال الحرارة بحاجة إلى طريق إلى العلبة أو المشتت الحراري أو الهواء المحيط. يمكن أن تحتوي اللوحة على مساحة نحاسية كبيرة وتظل ساخنة إذا كان الغلاف يحبس الحرارة. 5. يتجاهل التصميم التغيرات الكهربائية المرتبطة بالحرارة يمكن أن تغير درجة الحرارة المرتفعة أكثر من البنية المادية لثنائي الفينيل متعدد الكلور. ويمكنه أيضًا تغيير السلوك الكهربائي. تزداد المقاومة في النحاس مع زيادة درجة الحرارة. قد يرتفع تيار التسرب عبر الأسطح الملوثة أو الرطبة. تفقد بعض المكثفات سعتها، في حين أن أجهزة التوقيت قد تغير التردد. يمكن أن يصبح مصدر الطاقة أقل استقرارًا عندما يقترب منظمه ومكونات التحويل من الحدود الحرارية. قد تتسبب هذه التغييرات في: - إعادة ضبط عشوائية - أخطاء في المستشعر - فقدان الاتصال - تيار احتياطي أعلى - قراءات تناظرية صاخبة - جهد خرج غير مستقر قد تتصرف اللوحة المستخدمة في مختبر نظيف بشكل مختلف داخل خزانة المصنع المتربة. يمكن أن يؤدي الغبار والرطوبة وبقايا التدفق إلى حدوث تسرب على السطح عندما يصبح اللوح دافئًا. أقوم باختبار PCB تحت الحمل الكهربائي المتوقع أثناء قياس الجهد والتيار ودرجة الحرارة وإشارات الاتصال. يمكن أن يؤدي الاختبار في درجة حرارة الغرفة فقط إلى إخفاء الأخطاء التي تظهر بعد وصول اللوحة إلى حالة التشغيل الطبيعية. تبدأ المراجعة العملية للحرارة بقائمة قصيرة: 1. قم بقياس النقاط الأكثر سخونة أثناء التشغيل العادي. 2. قارن تلك القراءات مع تقييمات المكونات والصفائح. 3. افحص وصلات اللحام حول الأجزاء الكبيرة أو الثقيلة. 4. قم بمراجعة مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتصميم من خلال الفتحة. 5. افحص مسار الحرارة من كل مصدر رئيسي إلى العلبة أو المشتت الحراري. 6. قم بتشغيل دورة درجة الحرارة مع تشغيل اللوحة وتحميلها. 7. فحص الإشارات الكهربائية قبل وأثناء وبعد التسخين. أقوم أيضًا بتسجيل الوقت الذي يبدأ فيه الخطأ. قد يشير الفشل بعد خمس دقائق إلى حد حراري. قد يشير الفشل بعد عدة مئات من الدورات إلى إجهاد اللحام، أو توسع المواد، أو الشيخوخة التدريجية للمكونات. تعتمد موثوقية PCB في درجات الحرارة العالية على التصميم الكامل، وليس على رقم جزء واحد. تؤثر الصفائح والهيكل النحاسي ومفاصل اللحام والمكونات والغلاف وتدفق الهواء وخطة الاختبار على النتيجة. عندما أرى لوحة تتعطل تحت الحرارة، أبحث عن المسار من مصدر الحرارة إلى المنطقة المتضررة. عادةً ما يكشف هذا المسار ما إذا كانت المشكلة الرئيسية هي إجهاد المادة، أو ضعف اللحام، أو تقادم المكونات، أو ضعف التبريد، أو التغير الكهربائي الناجم عن درجة الحرارة.

قد تعمل لوحة الدائرة الكهربائية بشكل جيد على منصة الاختبار وتظل تفشل عندما ترتفع درجة الحرارة أو تنخفض عن نطاق التصميم الخاص بها. نادرا ما يكون سبب المشكلة جزء واحد فقط. تغير الحرارة مادة اللوحة ومفاصل اللحام وآثار النحاس والمكونات والعلبة في نفس الوقت. غالبًا ما أرى هذه المشكلة في أدوات التحكم الخارجية وإلكترونيات السيارات والمعدات الصناعية ومحركات LED وإمدادات الطاقة. تجتاز اللوحة اختبار درجة حرارة الغرفة، ثم تظهر عليها أخطاء متقطعة بعد التسخين والتبريد المتكرر. قد يظهر العطل على شكل وصلة لحام متشققة، أو وسادة مرفوعة، أو لوحة PCB ملتوية، أو مكون ينجرف خارج نطاقه المقدر. إن فهم الأسباب يجعل عملية الإصلاح أكثر عملية. قد تصبح مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCB) طرية تحت الحرارة تستخدم معظم لوحات الدوائر القياسية صفائح FR-4. تمثل درجة حرارة التزجج، والتي تسمى غالبًا Tg، النقطة التي يبدأ فيها نظام الراتنج في التغير من الحالة الصلبة إلى الحالة الأكثر ليونة. تحتوي العديد من مواد FR-4 القياسية على Tg عند حوالي 130 درجة مئوية إلى 180 درجة مئوية، اعتمادًا على الدرجة. قد لا تفشل اللوحة بمجرد وصولها إلى قيمة Tg. تكمن المشكلة في أن التعرض المتكرر بالقرب من هذا النطاق أو أعلى منه يمكن أن يزيد من التوسع، ويقلل القوة الميكانيكية، ويضع المزيد من الضغط على الثقوب المطلية ووصلات اللحام. قد لا تتناسب اللوحة المصممة لمنتج داخلي دافئ مع حاوية خارجية محكمة الغلق معرضة لأشعة الشمس المباشرة. قد تبدو درجة حرارة الهواء مقبولة بينما تصبح درجة حرارة اللوحة الداخلية أعلى بكثير. أتحقق من درجة الصفائح، وTg، ودرجة حرارة التحلل، وعدد الطبقات، والبنية النحاسية قبل اختيار ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتطبيق درجة حرارة عالية. تتوسع المواد المختلفة بمعدلات مختلفة عندما تتغير درجة الحرارة، تتوسع كل مادة أو تنكمش بمعدلها الخاص. لا تتحرك المكونات النحاسية والصفائحية والسيراميكية ومبددات الحرارة المصنوعة من الألومنيوم واللحام والموصلات البلاستيكية بنفس الطريقة. قد تكون الحركة صغيرة خلال دورة تسخين واحدة. بعد مئات أو آلاف الدورات، يمكن أن يسبب الإجهاد المتكرر الضرر. يعد توسيع المحور Z لثنائي الفينيل متعدد الكلور مصدر قلق مشترك. يمكن أن تؤدي حركة المحور Z المفرطة إلى الضغط على الثقوب والمنافذ المطلية. قد يؤدي البرميل المتصدع إلى إنشاء اتصال متقطع يصعب تحديد موقعه أثناء الفحص القصير. يمكن للمكونات الكبيرة أن تخلق ضغطًا إضافيًا أيضًا. قد يسحب المحول الثقيل أو المرحل أو المبدد الحراري أو الموصل على اللوحة عندما تسخن المجموعة. غالبًا ما تتلقى وصلات اللحام القريبة من هذا المكون حملًا ميكانيكيًا أكبر من الأجزاء الأصغر. ** يمكن أن تتعب مفاصل اللحام ** تتعرض مفاصل اللحام للتدوير الحراري في كل مرة يتم فيها تشغيل المعدات وتوقفها وتسخينها وتبريدها. يتمتع اللحام الخالي من الرصاص بسلوك ميكانيكي مختلف عن اللحام القديم المصنوع من الرصاص والقصدير. تؤثر السبائك المختارة وشكل الوصلة وتصميم الوسادة وحجم المكون على عمر الخدمة. والمثال النموذجي هو مكثف سيراميكي كبير مثبت بجانب ترانزستور الطاقة. يتوسع المكثف وثنائي الفينيل متعدد الكلور بمعدلات مختلفة. بعد الدورات المتكررة، قد يتشكل صدع صغير في وصلة اللحام. يمكن للجهاز أن يعمل مرة أخرى بعد التبريد، مما يجعل العطل يبدو عشوائيا. أقوم بفحص المكونات الكبيرة والمفاصل الزاوية والموصلات والأجزاء القريبة من مصادر الحرارة مع التكبير. قد يساعد الفحص بالأشعة السينية عندما يكون الخلل مخفيًا أسفل العبوة أو أسفل مكون منتهية من الأسفل. قد تتجاوز المكونات حدود درجة الحرارة الخاصة بها يمكن أن تستخدم لوحة الدائرة طبقة رقيقة ذات درجة حرارة عالية ولكنها لا تزال تفشل لأن أحد المكونات يصبح ساخنًا للغاية. المكثفات كهربائيا هي مصدر قلق مشترك. عادة ما تتغير حياتهم المقدرة مع درجة حرارة التشغيل. قد يستمر المكثف المقدر بـ 105 درجة مئوية لفترة أطول عند درجة حرارة أقل، في حين أن الغلاف الساخن يمكن أن يقلل من عمر الخدمة. تولد أشباه الموصلات أيضًا الحرارة من خلال فقدان التوصيل وفقدان التبديل. قد يكون لدى MOSFET معدل جهد مناسب ولكنه لا يزال يعمل خارج نطاقه الحراري الآمن إذا لم يكن المبدد الحراري أو المنطقة النحاسية أو تدفق الهواء كافيًا. يمكن للأجزاء الحساسة لدرجة الحرارة تغيير قيمها الكهربائية أيضًا. قد ينحرف المقاوم، وقد يفقد المستشعر الدقة، وقد يتحرك المذبذب بعيدًا عن التردد المقصود. أقوم بمراجعة تصنيف درجة الحرارة لكل جزء، وليس فقط المعالج الرئيسي أو جهاز الطاقة. تخلق درجات الحرارة الباردة مجموعة مختلفة من المشاكل يمكن لدرجات الحرارة المنخفضة أن تجعل المواد أقل مرونة. قد تصبح المواد البلاستيكية هشة، وقد تزداد سماكة مواد التشحيم، وقد تفقد البطاريات قدرتها المتاحة. يمكن أيضًا أن تتعرض مفاصل وموصلات اللحام للضغط عند تقلص التجميع. التكثيف هو خطر آخر. عندما يدخل اللوح البارد إلى بيئة دافئة ورطبة، يمكن أن تتشكل الرطوبة على السطح. قد تتسبب هذه الرطوبة في تسرب التيار أو التآكل أو حدوث دوائر قصيرة. يمكن للطلاء المطابق أن يقلل من التعرض للرطوبة في بعض التطبيقات، لكنه لا يصلح الختم السيئ، أو المياه المحبوسة، أو التلوث المتبقي على اللوحة. يجب أن تتوافق مادة الطلاء مع نطاق درجة الحرارة والجهد وطريقة الإصلاح وعملية التصنيع. ** غالبًا ما تبدأ إدارة الحرارة السيئة بالحاوية ** يتم إنشاء العديد من حالات فشل درجات الحرارة خارج تخطيط PCB. قد يحمي الغلاف المحكم الأجهزة الإلكترونية من الغبار والماء، ولكنه قد يحبس الحرارة أيضًا. قد تصبح المنطقة المظلمة الموضوعة تحت ضوء الشمس المباشر أكثر سخونة من الهواء المحيط. يمكن للمحرك أو السخان أو مسار العادم القريب أن يرفع درجة الحرارة الداخلية دون أي تغيير في الدائرة نفسها. أقوم بقياس درجة الحرارة في عدة نقاط: - الهواء المحيط بالقرب من الجهاز - سطح PCB - علبة المكونات الأكثر سخونة - المنطقة الموجودة أسفل أجهزة الطاقة - جدار العلبة - نقاط دخول الموصل والكابل قد تؤدي قراءة واحدة لدرجة حرارة الهواء إلى إخفاء المصدر الحقيقي للمشكلة. يمكن أن تؤدي المداخل الحرارية والمناطق النحاسية الأوسع والمبددات الحرارية ومسارات تدفق الهواء والغلاف الأفضل إلى خفض درجة حرارة اللوحة. يجب اختبار كل حل تحت نفس الحمل والظروف البيئية التي سيواجهها المنتج أثناء الاستخدام. عملية تصميم واختبار عملية أستخدم عملية مراجعة بسيطة عندما يتعين على لوحة الدائرة أن تعمل من خلال تغيرات واسعة في درجات الحرارة. 1. تحديد نطاق درجة الحرارة الفعلي لا تعتمد فقط على تقرير الطقس أو ظروف الغرفة. تشمل درجة حرارة بدء التشغيل، ودرجة حرارة التخزين، والتسخين الشمسي، والحرارة الداخلية، وفشل المروحة، ومصادر الحرارة القريبة. 2. حدد المواد ذات الهوامش المناسبة قم بمراجعة الصفائح Tg، وتوسيع المحور Z، وتصنيف الرطوبة، ووزن النحاس، وبناء الطبقة. قد يكون المعيار FR-4 مناسبًا لمنتج واحد وغير مناسب لمنتج آخر. 3. التحقق من المكونات الأكثر سخونة وحساب فقدان الطاقة وتقدير درجة حرارة الوصلة أو العلبة. قارن النتيجة بورقة بيانات المكون ودرجة حرارة العلبة المتوقعة. 4. تقليل الضغط الميكانيكي تجنب وضع المكونات الثقيلة بعيدًا عن دعاماتها. قم بمراجعة موضع الموصل وفتحات التثبيت وفتحات اللوحة وتوازن النحاس وشكل الوسادات الكبيرة. 5. اختبار التدوير الحراري: اختبار مفيد ينقل المنتج بين الظروف الساخنة والباردة المحددة بينما تعمل الدائرة تحت الحمل. يعتمد عدد الدورات على المنتج والتطبيق. قم بتسجيل السلوك الكهربائي أثناء الاختبار بدلاً من فحص اللوحة فقط بعد عودتها إلى درجة حرارة الغرفة. 6. افحص بعد الاختبار وابحث عن مفاصل اللحام المتشققة، والتصفيح، وتغير اللون، والوسادات المرفوعة، والمناطق الملتوية، والتآكل، والتغيرات في القيم الكهربائية. قد تكون هناك حاجة لتحليل المقطع العرضي عند الاشتباه في وجود طبقة عبرية أو داخلية. تتضمن الحالة الميدانية الشائعة وحدة تحكم خارجية يتم إعادة ضبطها في فترات بعد الظهر المشمسة. قد يكون الشك الأول هو البرمجيات. يمكن أن تظهر قياسات درجة الحرارة أن منظم الجهد يصل إلى درجة حرارة عالية داخل العلبة. قد تؤدي المساحة النحاسية الأكبر والمسار الحراري الأفضل والتهوية المنقحة للحاوية إلى حل عملية إعادة الضبط دون تغيير البرنامج الثابت. تبدأ الموثوقية في درجات الحرارة القصوى بالتجميع الكامل، وليس باستخدام مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور وحدها. يجب أن تدعم الصفائح والمكونات ووصلات اللحام والعلبة وطريقة التثبيت وخطة الاختبار نفس نطاق درجة الحرارة. عندما أقوم بمراجعة كل جزء من هذا النظام، يصبح من الأسهل تتبع حالات الفشل المتقطعة ومنعها.

لا تفشل اللوحة الساخنة دائمًا بطريقة دراماتيكية. قد تتم إعادة تشغيله دون سابق إنذار، أو يتجمد أثناء الاستخدام المكثف، أو تظهر أخطاء في العرض، أو يتوقف عن العمل بعد عدة ساعات. يقوم العديد من الأشخاص باستبدال الأجزاء قبل التحقق من درجة الحرارة وتدفق الهواء وتوصيل الطاقة. يمكن أن يحول ذلك مشكلة التبريد الصغيرة إلى إصلاح مكلف. لقد وجدت أن الضرر الناتج عن الحرارة غالباً ما يتراكم ببطء. قد تعمل اللوحة بشكل طبيعي عندما تكون باردة، ثم تتصرف بشكل مختلف عندما ترتفع درجة حرارة مكوناتها. قد يكون من السهل تفويت هذا النمط إذا تم الفحص فقط بعد إيقاف تشغيل الجهاز. ## لماذا تؤدي الحرارة المرتفعة إلى إتلاف اللوحة؟ تحتوي اللوحات الإلكترونية على مكونات تستجيب للتغيرات في درجات الحرارة. يمكن أن تؤثر الحرارة الزائدة عليها بعدة طرق: - تتوسع مفاصل اللحام وتنكمش - تفقد المكثفات عمر الخدمة - تصبح الموصلات البلاستيكية هشة - يمكن أن يتغير لون الطلاءات الواقية أو تتشقق - قد تقلل الرقائق من سرعة تشغيلها - يمكن أن تصبح دوائر الطاقة غير مستقرة - يمكن أن يمنع الغبار تدفق الهواء حول المكونات الساخنة. قد لا تحترق اللوحة أو تظهر عليها علامة واضحة. يمكن أن يؤدي الارتفاع البسيط في المقاومة عند الموصل أو وصلة اللحام الضعيفة أو مروحة التبريد الفاشلة إلى حدوث أخطاء متكررة. يضيف ركوب الدراجات الحرارية المزيد من الضغط. عندما تسخن اللوحة أثناء الاستخدام وتبرد بعد إيقاف التشغيل، تتمدد المواد وتنكمش بمعدلات مختلفة. على مدار العديد من الدورات، قد تظهر شقوق صغيرة حول المكونات الكبيرة أو ترانزستورات الطاقة أو الموصلات الثقيلة. ## العلامات الشائعة للأضرار المرتبطة بالحرارة عادةً ما أبحث عن نمط بدلاً من عرض واحد معزول. قد يكون الجهاز الذي يتم إيقاف تشغيله أثناء اللعب أو معالجة الفيديو أو التشغيل الصناعي أو الشحن يتفاعل مع الحرارة. إذا كان يعمل مرة أخرى بعد التبريد، فإن درجة الحرارة تستحق التحقق. تشمل العلامات الأخرى ما يلي: - إعادة التشغيل العشوائي - الأداء البطيء تحت الحمل - خلل في الشاشة أو فقدان الإشارة - حرق أو روائح كهربائية حادة - مناطق مظلمة بالقرب من مكونات الطاقة - مكثفات منتفخة - البلاستيك الذائب حول الموصلات - تشغيل المراوح بصوت عالٍ لفترات طويلة - لوحة لا تعمل إلا بعد الضغط عليها أو تحريكها أو تبريدها. يمكن أن تشير اللوحة التي تتعطل فقط بعد 20 أو 30 دقيقة إلى مشكلة حرارية. قد يكون الفشل الذي يظهر مباشرة بعد التشغيل مرتبطًا بشكل وثيق بدائرة كهربائية قصيرة أو مكون تالف أو مشكلة في مصدر الطاقة. ## مصدر الحرارة عادة قد تأتي الحرارة من اللوحة نفسها. يمكن لمنظمات الجهد والمعالجات ورقائق الرسومات ومشغلات المحركات ودوائر الشحن أن تنتج حرارة كبيرة. قد يكون المصدر أيضًا خارج اللوحة: - فتحة تهوية مسدودة - مروحة معطلة - مبدد حرارة مفكك - معجون حراري جاف - تصميم سيئ للخزانة - درجة حرارة محيطة عالية - مصدر طاقة يوفر جهدًا غير مستقر - غبار يغطي المبدد الحراري أو المرشح لقد قمت ذات مرة بفحص لوحة التحكم التي بدت تالفة بالقرب من قسم الطاقة. بدت المنطقة المظلمة خطيرة، لكن السبب الرئيسي كان توقف مروحة التبريد عن الدوران. كانت اللوحة تعمل تحت الحمل لعدة أشهر مع تدفق هواء قليل. استبدال المكون التالف فقط لن يحل السبب. ## عملية فحص عملية ### 1. التحقق من ظروف التشغيل وتسجيل ظهور العطل. لاحظ حجم العمل ودرجة حرارة الغرفة ومدة التشغيل وسلوك المروحة والمعدات المتصلة. يحتوي الجهاز المستخدم في مكتب نظيف على ملف تعريف حراري مختلف عن الجهاز المثبت داخل خزانة، أو بالقرب من آلة، أو في ورشة عمل متربة. يؤثر الموقع على التشخيص. ### 2. افحص اللوحة بعد فصل الطاقة. افصل الطاقة واترك الجهاز ليبرد. ابحث عن: - علامات بنية أو سوداء - وصلات لحام متشققة - خافضات حرارة مفكوكة - دبابيس منحنية أو متغيرة اللون - مكثفات منتفخة - غبار متراكم حول المكونات الساخنة - عزل تالف - بلاستيك مشوه لا تلمس أقسام الطاقة المكشوفة حتى يتم فصل الجهاز بأمان. قد تحتفظ بعض الأجهزة بجهد كهربائي خطير بعد إيقاف التشغيل. ### 3. قياس درجة الحرارة أثناء التشغيل يمكن لمقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء أن يكشف عن المناطق الساخنة، لكنه قد لا يقرأ الأسطح المعدنية اللامعة بدقة. يمكن للكاميرا الحرارية أن تظهر نمطًا أوسع وتساعد في تحديد موقع المكون الساخن. قم بقياس اللوحة أثناء الحمل العادي وأثناء حالة الخطأ. قراءة درجة الحرارة في حد ذاتها لا تثبت الفشل. قارنها بمواصفات صانع المكونات وبيانات خدمة المعدات. ### 4. التحقق من تدفق الهواء والأسطح الملامسة قد تدور المروحة أثناء تحريك كمية قليلة جدًا من الهواء. تحتاج المرشحات وفتحات التهوية والقنوات والمبددات الحرارية إلى الفحص. قد يؤدي المبدد الحراري المرتخي قليلًا إلى ترك فجوة هوائية بين سطح التبريد والرقاقة. يمكن أن يجف المعجون الحراري أو ينتشر بشكل غير متساو أو يفقد ملامسته بعد التسخين المتكرر. يجب أن يتوافق الاستبدال مع متطلبات الجهاز. يمكن أن يؤدي استخدام الكثير من المعجون أيضًا إلى تقليل جودة الاتصال. ### 5. الاختبار تحت حمل متحكم فيه لا تقم بتطبيق الحد الأقصى للحمل بدون خطة سلامة. قم بزيادة الحمل في خطوات صغيرة أثناء مراقبة درجة الحرارة والجهد والتيار وسلوك النظام. يساعد هذا الأسلوب على فصل العطل الحراري عن عطل الطاقة. إذا أصبحت اللوحة غير مستقرة مع ارتفاع درجة الحرارة ولكنها تظل مستقرة تحت حمل أخف، فإن نظام التبريد أو المكون الحساس للحرارة يستحق اهتمامًا وثيقًا. ## كيفية تقليل المخاطر إبقاء فتحات التهوية مفتوحة وإزالة الغبار بطريقة مناسبة للمعدات. تأكد من أن الكابلات لا تحجب المراوح أو تضغط على المكونات الساخنة. تأكد من أن الخزانة بها مسار سحب وعادم واضح. استخدم المروحة المناسبة والمبدد الحراري والوسادة الحرارية والمعجون الحراري. قد لا يزال الجزء البديل الذي يناسبك جسديًا يتمتع بتصنيف كهربائي أو حراري خاطئ. قم بمراجعة مصدر الطاقة أيضًا. يمكن أن يؤدي التموج الزائد، والتنظيم السيئ، والوصلات الفضفاضة إلى رفع درجة حرارة المكونات. تحتاج اللوحة التي تعمل بشكل ساخن بعد تغيير مصدر الطاقة إلى فحص كامل للطاقة بدلاً من استبدال المروحة بسرعة. يمكن أن تؤثر إعدادات البرنامج أيضًا على الحرارة. قد يؤدي تقليل حمل المعالج وضبط حدود الطاقة ضمن إرشادات الشركة المصنعة وتحسين التحكم في المروحة إلى تقليل الضغط. لا ينبغي أن تحل هذه التغييرات محل الفحص المادي عندما تظهر على اللوحة بالفعل علامات حرق أو أجزاء تالفة. ## عندما لا يكون إصلاح اللوحة مهمة تنظيف بسيطة، يمكن أن يساعد التنظيف عندما يمنع الغبار تدفق الهواء. لا يمكنها إصلاح لوحة متشققة متعددة الطبقات، أو مادة متفحمة، أو دوائر طاقة تالفة، أو وصلة لحام ضعيفة مخبأة تحت شريحة. قد يحتاج فني الإصلاح إلى اختبار القضبان الفردية، أو فحص المكونات تحت التكبير، أو إعادة صياغة وصلات اللحام، أو استبدال اللوحة. إذا كان الجهاز يتحكم في جهد التيار الكهربائي، أو البطاريات ذات التيار العالي الأعطال، أو أنظمة التدفئة، أو الآلات الصناعية، فاستعن بأخصائي خدمة مؤهل. يمكن أن يؤدي استبدال اللوحة التالفة دون تصحيح مصدر الحرارة إلى نفس الفشل مرة أخرى. يجب أن يعالج الإصلاح كلاً من الضرر المرئي والحالة التي تسببت فيه. غالبًا ما تكون الحرارة المرتفعة بمثابة تحذير، وليس التشخيص بالكامل. ألقي نظرة على نمط الفشل، وأفحص مسار التبريد، وأقيس درجة الحرارة تحت الحمل، وأتحقق من قسم الطاقة قبل اختيار الإصلاح. تقلل هذه الطريقة من التخمين وتساعد على حماية قطع الغيار التي تأتي بعده.

يمكن لثنائي الفينيل متعدد الكلور أن يجتاز اختبارًا قصيرًا ولا يزال يعاني عندما ترتفع الحرارة أثناء التشغيل العادي. غالبًا ما أرى هذا يحدث في لوحات الطاقة ومحركات LED وأجهزة التحكم في المحركات والمنتجات المدمجة المدمجة. تعمل اللوحة في درجة حرارة الغرفة، ثم تتطور إلى عمليات إعادة ضبط أو قراءات غير مستقرة أو مكونات تالفة أو مناطق داكنة بعد الاستخدام لفترة أطول. نادراً ما تأتي مشاكل الحرارة من جزء واحد فقط. يلعب التصميم النحاسي، وتباعد المكونات، ومواد اللوحة، وتدفق الهواء، وتصميم العلبة، وظروف التحميل دورًا. فيما يلي أربع علامات تحذيرية تشير إلى أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور قد لا يكون جاهزًا لدرجة حرارة العمل. ## 1. تحتوي المكونات الأكثر سخونة على القليل من النحاس حولها. يمكن لوحدات الطاقة MOSFET، ومنظمات الجهد، والمقومات، والمقاومات، ومصابيح LED أن تطلق حرارة أكثر من أجزاء الإشارة الصغيرة. إذا كانت وساداتها تتصل بآثار ضيقة أو تستقر على جزيرة نحاسية صغيرة، فإن الحرارة لديها مسارات أقل للانتشار. أتحقق من منطقة النحاس حول كل مكون منتج للحرارة. يمكن لمنطقة النحاس الأوسع أن تساعد في نقل الحرارة عبر اللوحة. يمكن للمنافذ الحرارية أيضًا أن تحمل الحرارة نحو الطبقة الداخلية أو الجانب الآخر من لوحة PCB، عندما تدعم المجموعة هذا التصميم. يظهر مثال شائع في وحدات التحكم في المحركات المدمجة. قد يكون لدى MOSFET تصنيف كهربائي مناسب، إلا أن مناطق الصرف والمصدر تستخدم مسارات ضيقة. أثناء الاختبار القصير، تبدو اللوحة مستقرة. بعد تشغيل المحرك لفترة أطول، ترتفع درجة حرارة MOSFET وتبدأ وحدة التحكم في إيقاف التشغيل. تحقق من هذه المناطق: - عرض النحاس حول دبابيس الطاقة - حجم الفوط الحرارية - عدد المجاري الحرارية وموضعها - النحاس على الطبقات الداخلية القريبة - المسافة من مصادر الحرارة إلى الأجزاء الحساسة لدرجة الحرارة تساعد الوسادة الحرارية الكبيرة فقط عندما تتصل بمسار حرارة مفيد. قد لا توفر اللوحة التي لا تحتوي على اتصال حراري النتيجة التي يتوقعها التصميم. ## 2. مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور لا تتطابق مع نطاق درجة الحرارة. يتم استخدام معيار FR-4 في العديد من المنتجات، ولكن ليس كل مادة FR-4 لها نفس الخصائص الحرارية. يمكن أن تختلف درجة حرارة التزجج، ودرجة حرارة التحلل، والتصاق النحاس، وبنية الطبقة بين موردي الألواح. أقوم بمراجعة درجة حرارة التشغيل المتوقعة قبل اختيار المادة. يجب أن تتضمن المراجعة ما يلي: - درجة الحرارة المحيطة العادية - درجة حرارة العلبة الداخلية - الحرارة من المكونات القريبة - التعرض للحام وإعادة العمل - دورات التسخين والتبريد المتكررة قد تشهد اللوحة التي تعمل بالقرب من محرك دافئ أو مصدر طاقة أو حاوية مغلقة درجة حرارة أعلى بكثير من الغرفة المحيطة. إذا كان اختيار المواد يعتمد فقط على اختبار درجة حرارة الغرفة، فقد يفتقد التصميم الظروف الفعلية. يجب على مورد ثنائي الفينيل متعدد الكلور تقديم ورقة بيانات المواد وتفاصيل التجميع. تساعد هذه المستندات في تأكيد ما إذا كان بناء اللوحة يناسب نطاق درجة الحرارة المقصود ووزن النحاس. ## 3. تجتاز اللوحة اختبارًا قصيرًا ولكنها تفشل أثناء امتصاص الحرارة. يمكن أن يؤدي اختبار التشغيل السريع إلى تفويت المشاكل الحرارية. تحتاج بعض الأجزاء إلى عدة دقائق للوصول إلى درجة حرارة عملها. يستمر البعض الآخر في التسخين عندما يصبح العلبة أكثر دفئًا. أستخدم اختبار امتصاص الحرارة الذي يتوافق مع الحمل المتوقع. يمكن أن يشمل الاختبار ما يلي: 1. قم بتشغيل اللوحة عند حملها الطبيعي. 2. قم بإضافة أعلى حمل متوقع عندما يدعمه المنتج. 3. حافظ على تشغيل اللوحة حتى تصبح درجات الحرارة مستقرة. 4. قم بقياس النقاط الساخنة باستخدام كاميرا مزدوجة حرارية أو تعمل بالأشعة تحت الحمراء. 5. سجل أحداث الجهد والتيار ودرجة الحرارة والخطأ. 6. كرر الاختبار داخل العلبة المخطط لها. يمكن أن تساعد كاميرات الأشعة تحت الحمراء في تحديد المناطق الساخنة، لكن قراءاتها تعتمد على تشطيب السطح والانبعاثية. قد تظهر منطقة النحاس اللامعة قيمة مضللة. يمكن أن توفر المزدوجات الحرارية الصغيرة الموضوعة بالقرب من علبة المكونات مرجعًا آخر. أنا لا أحكم على السلامة الحرارية من خلال قراءة واحدة لدرجة الحرارة. أقوم بمقارنة درجة الحرارة المقاسة بورقة بيانات المكونات وحدود العلبة والأجزاء القريبة التي قد تتأثر. ## 4. الأجزاء الحساسة للحرارة تكون قريبة جدًا من مكونات الطاقة. قد تحافظ اللوحة على جهاز الطاقة ضمن درجة الحرارة المسموح بها مع استمرار إتلاف الأجزاء القريبة. يمكن أن تتفاعل أجهزة الاستشعار والبلورات والبطاريات والموصلات والمكثفات الإلكتروليتية والمكونات البلاستيكية بشكل سيء مع الحرارة المحلية. على سبيل المثال، قد يتعرض المكثف الإلكتروليتي الموضوع بجانب المنظم إلى درجة حرارة أعلى من المتوقع. يمكن أن تنخفض مدة خدمتها مع ارتفاع درجة الحرارة. قد يقوم مستشعر درجة الحرارة بالقرب من مقاوم الطاقة أيضًا بالإبلاغ عن درجة حرارة اللوحة بدلاً من المساحة الفعلية التي يتم قياسها. أقوم بفصل مصادر الحرارة عن الأجزاء الحساسة عندما يسمح التصميم بذلك. يمكن أن يساعد صب النحاس والحواجز الحرارية في توجيه الحرارة بعيدًا عن مناطق محددة. اتجاه تدفق الهواء مهم أيضًا. قد تؤدي المروحة التي تحرك الهواء الساخن عبر المستشعر إلى قراءة مختلفة عن المروحة التي تزيل الحرارة من مرحلة الطاقة. انظر إلى المسار الحراري الكامل: - حيث تبدأ الحرارة - كيف تنتشر عبر لوحة PCB - حيث يتحرك الهواء عبر اللوحة - ما هي الأجزاء التي تستقبل الحرارة - حيث تترك الحرارة العلبة تبدأ المراجعة الحرارية العملية للوحة PCB قبل اكتمال التخطيط. أقوم بوضع علامة على كل جزء منتج للحرارة، وأقدر فقدان الطاقة، وأتحقق من مسار النحاس، وأخطط لاختبار يعكس الاستخدام الفعلي. يمكن أن تؤثر التغييرات الصغيرة، مثل نقل مكثف بعيدًا عن المنظم أو إضافة النحاس أسفل MOSFET، على النتيجة دون تغيير الدائرة. عندما تظهر على اللوحة تغيرًا في اللون، أو عمليات إعادة تعيين عشوائية، أو انحراف القياسات، أو موصلات دافئة، أو فشل متكرر في المكونات، فإنني أتعامل مع الحرارة باعتبارها أحد الأسباب المحتملة وأقوم بقياسها بدلاً من الاعتماد على اللمس وحده. لا يتم الحكم على ثنائي الفينيل متعدد الكلور الجاهز للحرارة من خلال بدء تشغيل ناجح قصير المدى. يجب أن يظل ضمن حدود المكونات والمواد أثناء الحمل ودرجة الحرارة وظروف العلبة التي من المفترض أن يواجهها. اتصل بنا على إميلي باي: yz_lihong@yeah.net/WhatsApp +8618508420266.

المراجع IPC 2012 المعيار العام لتصميم اللوحة المطبوعة IPC-2221B مؤهلات IPC 2020 ومواصفات الأداء للوحات المطبوعة الصلبة IPC-6012E اللجنة الكهروتقنية الدولية 2009 الجزء 2-14 من الاختبارات البيئية اختبار N تغيير درجة الحرارة IEC 60068-2-14 اللجنة الكهروتقنية الدولية 2018 جزء الاختبار البيئي 2-1 الاختبارات اختبار البرد IEC 60068-2-1 جون إتش لاو 1994 الإجهاد والانفعال الحراري في تغليف الإلكترونيات الدقيقة أفرام بار كوهين وألان د كراوس 1990 التحليل الحراري والتحكم في المعدات الإلكترونية