PCB-Zuverlässigkeitsprüfung

Die Zuverlässigkeit von Leiterplatten kann nicht allein aufgrund des Aussehens oder erster elektrischer Testergebnisse angenommen werden.
Viele Ausfälle treten auf nach längerer thermischer, mechanischer oder elektrischer Belastungselbst wenn eine Leiterplatte die Prüfung zunächst bestanden hat.

Die Zuverlässigkeitsprüfung dient dazu:

• Verborgene Mängel aufdecken
• Validierung von Material- und Prozessentscheidungen
• Vorhersage der langfristigen Leistung im Feld

In diesem Artikel werden die wichtigsten Prüfverfahren für die Zuverlässigkeit von Leiterplatten erläutert, was sie bewerten und wie Hersteller sie zur Verbesserung der Qualität einsetzen.

Zu den Ursachen von Defekten, siehe:
PCB-Fertigungsfehler und wie man sie vermeidet

Was ist PCB-Zuverlässigkeitsprüfung?

PCB-Zuverlässigkeitstests bewerten die Fähigkeit einer Leiterplatte,:

• Aufrechterhaltung der elektrischen Integrität
• Widersteht Umweltbelastungen
• Übersteht mechanische und thermische Wechselbeanspruchung
• Konstante Leistung im Laufe der Zeit

Im Gegensatz zum Funktionstest konzentriert sich der Zuverlässigkeitstest auf Ausfallmechanismenund nicht die kurzfristige Leistung.

Thermische Zuverlässigkeitstests

Thermische Belastungen sind die häufigste Ursache für Leiterplattenausfälle, insbesondere bei mehrlagigen und hochdichten Designs.

H3: Thermischer Zyklustest

Zweck

• Simuliert wiederholtes Heizen und Kühlen
• Erkennung von Ermüdung und Mikrorissen

Typische Bedingungen

• -40°C bis +125°C (oder höher)
• Hunderte bis Tausende von Zyklen

Indikatoren für Misserfolge

• Intermittierende Öffnungen
• Erhöhter Widerstand
• Über Fassrisse

Damit verbundenes Prozessrisiko:
Verkupferungsprozess in der PCB-Herstellung

Thermoschock-Test

Zweck

• Anwendung von schnellen Temperaturübergängen
• Beschleunigt Versagensmechanismen

Unterschied zu Thermal Cycling

• Thermoschock = schnelle Veränderung
• Thermische Zyklen = allmähliche Veränderung

Ein Thermoschock ist besonders aufschlussreich für CTE-Fehlanpassungsprobleme zwischen den Materialien.

Mechanische Zuverlässigkeitstests

Mechanische Beanspruchung wirkt sich auf PCBs aus:

• Montage
• Transport
• Einrichtung
• Vibration im Betrieb

Schwingungsprüfung

Zweck

• Simuliert betriebliche Vibrationen
• Bewertet Lötstellen und Durchkontaktierungen

Gemeinsame Anwendungen

• Automobilindustrie
• Industrielle Steuerung
• Luft- und Raumfahrt

Biege- und Flexprüfung

Zweck

• Bewertet die Steifigkeit der Platte und die Lagenhaftung
• Erkennt Delamination und Kupferrisse

Dieser Test ist entscheidend für:

• Dünne Bretter
• Große Plattenformate
• Designs mit hohem Kupfergewicht

Der Einfluss von Stack-up:
PCB-Material und Lagenaufbau

Elektrische Zuverlässigkeitstests

Prüfung des Isolationswiderstands (IR)

Zweck

• Misst Leckagen zwischen Leitern
• Bewertet die dielektrische Leistung

Niedriger Isolationswiderstand zeigt an:

• Verunreinigung
• Feuchtigkeitsaufnahme
• Materialverschlechterung

Hochspannungsprüfung (Hipot)

Zweck

• Legt eine Spannung an, die über das normale Betriebsniveau hinausgeht
• Erkennt den dielektrischen Durchschlag

Hipot-Tests sind üblich für:

• Leistungselektronik
• Hochspannungs-PCBs

CAF (Conductive Anodic Filament) Prüfung

Zweck

• Bewertet das Risiko des Wachstums leitfähiger Fäden
• Entscheidend für Fine-Pitch, High-Density-Platten

CAF-Ausfälle treten häufig auf Monate oder Jahre nach dem Einsatz.

Umweltverträgliche Zuverlässigkeitsprüfung

Allgemeine Umwelttests

• Lagerung bei hohen Temperaturen
• Exposition gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit
• Temperatur-Feuchtigkeits-Verzerrung (THB)

Diese Tests offenbaren:

• Feuchtigkeitsbedingte Delamination
• Korrosionsrisiken
• Langfristige dielektrische Verschlechterung

Defekt-Interaktion:
Häufige PCB-Fertigungsmängel

Normen für PCB-Zuverlässigkeitstests

PCB-Zuverlässigkeitsprüfungen folgen in der Regel Standards wie:

• IPC-TM-650
• IPC-6012 / 6013
• MIL-STD-202
• IEC-Normen

Diese Normen definieren:

• Testbedingungen
• Akzeptanzkriterien
• Klassifizierung des Versagens

Die Einhaltung der Vorschriften verbessert die Konsistenz, ersetzt aber nicht die Prozesskontrolle.

Wann sollte eine Zuverlässigkeitsprüfung durchgeführt werden?

Zuverlässigkeitstests sind besonders wichtig für:

• Neue Entwürfe
• Neue Materialien
• Prozessänderungen
• Hochzuverlässige Anwendungen

Bei ausgereiften Produkten, die in großen Mengen hergestellt werden, helfen regelmäßige Tests bei der Überwachung Prozessdrift.

Zuverlässigkeitstests vs. Kostenüberlegungen

Die Zuverlässigkeitsprüfung erhöht die Vorlaufkosten, reduziert sie aber:

• Feldausfälle
• Rückgabe unter Garantie
• Reputationsrisiko

Verhältnis zwischen Kosten und Qualität:
PCB-Herstellung Kosten vs. Qualität - Kompromisse

Bei TOPFAST wird die Zuverlässigkeitsprüfung selektiv auf der Grundlage folgender Kriterien durchgeführt Komplexität des Designs, Anwendungsrisiko und Kundenanforderungenund nicht als Pauschalansatz.

Grenzen der PCB-Zuverlässigkeitsprüfung

Kein Test kann die realen Bedingungen vollständig abbilden.

Zu den Beschränkungen gehören:

• Beschleunigte Stressannahmen
• Beschränkungen des Stichprobenumfangs
• Unvollständige Abdeckung der Ausfallarten

Daher muss die Prüfung mit folgenden Maßnahmen kombiniert werden robuste Konstruktion und Fertigungskontrolle.

Schlussfolgerung

PCB-Zuverlässigkeitstests geben Aufschluss darüber, wie eine Leiterplatte nach der ersten Inspektion funktionieren wird.

Durch die Anwendung von thermischen, mechanischen, elektrischen und umweltbedingten Belastungstests können die Hersteller:

• Verborgene Mängel erkennen
• Validierung der Prozessfähigkeit
• Verbesserung der langfristigen Zuverlässigkeit

Dieser Artikel dient als wichtiger technischer Pfeiler innerhalb der PCB-Qualität und -Zuverlässigkeit cluster.

FAQ: PCB-Zuverlässigkeitsprüfung