PCB-luotettavuuden testaus

Piirilevyn luotettavuutta ei voida olettaa pelkästään ulkonäön tai alustavien sähkötestien tulosten perusteella.
Monia epäonnistumisia tapahtuu pitkäaikaisen lämpö-, mekaanisen tai sähköisen rasituksen jälkeen., vaikka piirilevy aluksi läpäisisi tarkastuksen.

Luotettavuustestauksen tarkoituksena on:

• Paljastaa piilevät viat
• Materiaali- ja prosessivalintojen validointi
• Ennustaa pitkän aikavälin kenttätoimintaa

Tässä artikkelissa selitetään tärkeimmät piirilevyjen luotettavuuden testausmenetelmät, mitä niillä arvioidaan ja miten valmistajat käyttävät niitä laadun parantamiseen.

Vian perimmäiset syyt, ks:
PCB-valmistuksen viat ja niiden estäminen

Mikä on PCB-luotettavuuden testaus?

PCB-luotettavuustestauksessa arvioidaan levyn kykyä:

• Sähköisen eheyden ylläpitäminen
• Kestää ympäristöstressiä
• Kestää mekaanista ja lämpöherkkyyssykliä
• Suorittaa johdonmukaisesti ajan mittaan

Toiminnallisesta testauksesta poiketen luotettavuustestaus keskittyy vikamekanismit, ei lyhyen aikavälin suorituskykyä.

Lämpötilaluotettavuuden testaus

Lämpöjännitys on yleisin syy piirilevyjen vikaantumiseen, erityisesti monikerroksisissa ja suuritiheyksisissä malleissa.

H3: Lämpökiertotesti

Käyttötarkoitus

• Simuloi toistuvaa lämmitystä ja jäähdytystä
• Havaitsee väsymyksen ja mikrosäröjen kautta.

Tyypilliset olosuhteet

• -40°C - +125°C (tai korkeampi)
• Satoja tai tuhansia syklejä

Epäonnistumisen indikaattorit

• Ajoittaiset avaukset
• Lisääntynyt vastustuskyky
• Tynnyrin halkeamien kautta

Prosessiin liittyvä riski:
Kuparointiprosessi PCB-valmistuksessa

Lämpöshokkitesti

Käyttötarkoitus

• Sovelletaan nopeita lämpötilan siirtymiä
• Nopeuttaa vikamekanismeja

Ero vs. lämpökierto

• Lämpöshokki = nopea muutos
• Lämpökierto = asteittainen muutos

Lämpöshokki on erityisen paljastava CTE-virheitä koskevat kysymykset materiaalien välillä.

Mekaanisen luotettavuuden testaus

Mekaaninen rasitus vaikuttaa PCB:hen:

• Kokoonpano
• Kuljetus
• Asennus
• Tärinä käytössä

Tärinän testaus

Käyttötarkoitus

• Simuloi toiminnallista tärinää
• Arvioi juotosliitokset ja läpiviennit

Yleiset sovellukset

• Autoteollisuus
• Teollisuuden ohjaus
• Ilmailu- ja avaruusala

Taivutus- ja taivutustestaus

Käyttötarkoitus

• Arvioi levyn jäykkyyttä ja kerrosten tarttuvuutta.
• Havaitsee delaminaation ja kuparin halkeilun

Tämä testi on kriittinen:

• Ohuet levyt
• Suuret paneelikoot
• Korkean kuparipainon mallit

Stack-up-vaikutus:
PCB-materiaali ja kerrosrakenne

Sähköisen luotettavuuden testaus

Eristysresistanssitesti (IR)

Käyttötarkoitus

• Mittaa johtimien välistä vuotoa
• Arvioi dielektristä suorituskykyä

Alhainen eristysvastus osoittaa:

• Saastuminen
• Kosteuden imeytyminen
• Materiaalin hajoaminen

Suurjännite (Hipot) testaus

Käyttötarkoitus

• Sovelletaan jännitettä, joka ylittää normaalin käyttötason
• Havaitsee dielektrisen läpilyönnin

Hipot-testaus on yleistä seuraavissa tapauksissa:

• Tehoelektroniikka
• Korkeajännitteiset PCB:t

CAF-testaus (johtava anodinen filamentti)

Käyttötarkoitus

• Arvioi johtavien säikeiden kasvun riskin.
• Kriittinen hienojakoisille, suuritiheyksisille levyille.

CAF:n toimintahäiriöitä esiintyy usein kuukausia tai vuosia käyttöönoton jälkeen.

Ympäristön luotettavuuden testaus

Yleiset ympäristötestit

• Korkean lämpötilan varastointi
• Korkea kosteusaltistus
• Lämpötila-kosteusharha (THB)

Nämä testit paljastavat:

• Kosteuteen liittyvä delaminaatio
• Korroosioriskit
• Pitkäaikainen dielektrinen hajoaminen

Vian vuorovaikutus:
Yleiset PCB-valmistusvirheet

PCB:n luotettavuuden testauksessa käytettävät standardit

PCB:n luotettavuustestauksessa noudatetaan yleisesti standardeja, kuten:

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

Näissä standardeissa määritellään:

• Testiolosuhteet
• Hyväksymiskriteerit
• Vian luokittelu

Vaatimustenmukaisuus parantaa johdonmukaisuutta, mutta ei korvaa prosessin valvontaa.

Milloin luotettavuustestaus tulisi tehdä?

Luotettavuuden testaus on erityisen tärkeää:

• Uudet mallit
• Uudet materiaalit
• Prosessimuutokset
• Erittäin luotettavat sovellukset

Kehittyneiden, suuren volyymin tuotteiden osalta säännöllinen testaus auttaa seuraamaan seuraavaa prosessin ajautuminen.

Luotettavuuden testaus vs. kustannusnäkökohdat

Luotettavuustestaus lisää alkukustannuksia, mutta vähentää:

• Kenttähäiriöt
• Takuun palautukset
• Maineeseen liittyvä riski

Kustannusten ja laadun suhde:
PCB-valmistuksen kustannukset vs. laatu Trade-offs

TOPFASTissa luotettavuustestausta sovelletaan valikoivasti seuraavien seikkojen perusteella suunnittelun monimutkaisuus, sovellusriski ja asiakasvaatimukset., eikä niinkään yhden koon lähestymistapana, joka sopii kaikille.

PCB:n luotettavuustestien rajoitukset

Mikään testi ei voi täysin jäljitellä todellisia olosuhteita.

Rajoituksia ovat:

• Kiihtyvää rasitusta koskevat oletukset
• Otoskokoa koskevat rajoitukset
• Puutteellinen vikatilojen kattavuus

Siksi testaukseen on yhdistettävä vankka suunnittelu ja valmistuksen valvonta.

Päätelmä

Piirilevyjen luotettavuustestaus antaa tietoa siitä, miten levy toimii alkutarkastuksen jälkeen.

Soveltamalla lämpö-, mekaanisia, sähkö- ja ympäristöstressitestejä valmistajat voivat:

• Piilevien vikojen tunnistaminen
• Prosessin kyvykkyyden validointi
• Parantaa pitkän aikavälin luotettavuutta

Tämä artikkeli toimii keskeisenä teknisenä tukipilarina PCB laatu ja luotettavuus klusteri.

FAQ: PCB:n luotettavuuden testaus