PCB-tillverkningsfel och hur man förebygger dem

Tillverkningsfel i kretskort är sällan slumpmässiga.
De flesta defekter härrör från designbeslut, materialbegränsningar eller processinstabilitet, långt innan slutbesiktning sker.

Vid en besiktning kan många synliga problem upptäckas, förebyggande av defekter måste ske tidigare i tillverkningsprocessen.

Den här artikeln förklarar de vanligaste tillverkningsfelen för mönsterkort, deras grundorsaker och praktiska förebyggande strategier ur ett tillverkningsperspektiv.

För grundläggande kvalitetsfrågor, se: Vad avgör PCB-kvaliteten?

Vad betraktas som ett tillverkningsfel i mönsterkortstillverkningen?

Ett tillverkningsfel i kretskort är en avvikelse som:

• Påverkar elektrisk prestanda
• Kompromissar med mekanisk integritet
• Minskar den långsiktiga tillförlitligheten
• Bryter mot IPC- eller kundspecifikationer

Defekterna kan vara synlig, latent, eller progressivoch uppträder först efter termisk eller mekanisk påfrestning.

Defekter i det inre lagret

Vanliga defekter i det inre lagret

• Öppna kretsar
• Kortslutningar
• Överetsning eller underetsning
• Felregistrering mellan lager

Grundläggande orsaker och fördelarKärnbaserad HDI

• Felaktigheter i avbildningen
• Variation i etsningsprocessen
• Dålig uppriktning av det inre lagret

Eftersom de inre skikten förseglas under lamineringen är defekter i detta skede oåterkallelig.

Processens bakgrund: Förklaring av innerskiktets tillverkning

Borrningsrelaterade defekter

Typiska fel vid borrning

• Off-center hål
• Grater och smuts
• Trasiga borrkronor
• Dålig kvalitet på hålväggen

Grundläggande orsaker och fördelarKärnbaserad HDI

• För stort bildförhållande för borren
• Slitna verktyg
• Felaktig matning och hastighet
• Olämplig borrmetod

Borrfel påverkar direkt kopparpläteringens kvalitet och tillförlitlighet.

Jämförelse av metoder:
PCB-borrning vs laserborrning

Pläteringsdefekter

Vanliga problem med plätering

• Tunn koppar i vias
• Tomrum eller luckor
• Grov eller nodulär koppar
• Dålig vidhäftning

Grundläggande orsaker och fördelarKärnbaserad HDI

• Felaktig ytbehandling
• Inkonsekvent strömtäthet
• Kemisk obalans
• Vior med högt aspektförhållande

Pläteringsdefekter är en viktig orsak till Intermittenta fel och problem med termisk cykling.

Processdetaljer: Kopparpläteringsprocessen vid tillverkning av mönsterkort

Etsningsdefekter

Typiska etsningsdefekter

• Överetsade spår
• Underetcherade kopparbroar
• Variation i linjebredd
• Trace halsringning

Grundläggande orsaker och fördelarKärnbaserad HDI

• Ojämn koppartjocklek
• Aggressiv kemi för etsningsmedel
• Dålig processkompensation
• Tätt avstånd mellan spåren

I takt med att spårgeometrin blir finare påverkar etsningsdefekter i allt högre grad utbyte och tillförlitlighet.

Avkastningsinriktad analys: Process för PCB-etsning och kontroll av avkastning

Laminering och delamineringsdefekter

Vanliga problem med laminering

• Delaminering
• Blåsbildning
• Hålrum i harts
• Skift av lager

Grundläggande orsaker och fördelarKärnbaserad HDI

• Felaktigt lamineringstryck eller temperatur
• Dåligt val av prepreg
• Fuktabsorption
• Obalanserade stack-ups

Dessa defekter blir ofta uppenbara under montering eller termisk cykling, snarare än under den första provningen.

Materiell relation: Kostnad för PCB-material och lager

Lödmask- och ytfinishdefekter

Typiska defekter

• Felaktig inriktning av lödmask
• Dålig vidhäftning
• Pinholes
• Ojämn tjocklek på ytfinishen

Grundläggande orsaker och fördelarKärnbaserad HDI

• Otillräcklig ytbehandling
• Felaktiga härdningsförhållanden
• Kontaminering av processen

Dessa defekter kan leda till lödbryggor, korrosion och förkortad hållbarhetstid.

Undvikande av elektriska tester och dolda defekter

Det är inte alla defekter som upptäcks vid elektrisk provning.

Latenta defekter kan förekomma:

• Godkända inledande tester
• Går sönder efter termisk påfrestning
• Uppträder under fältarbete

Vanliga orsaker är bland annat:

• Marginell pläteringstjocklek
• Mikrosprickor i vias
• CAF-bildning

Designrelaterade defektrisker

Vissa defekter beror på designval snarare än tillverkningsfel.

Designfaktorer med hög risk inkluderar:

• Extremt fina spår och avstånd
• Vior med högt aspektförhållande
• Obalanserad distribution av koppar
• Alltför snäva toleranser

Koppling mellan design och kvalitet: Kostnadsfaktorer för PCB-design

Hur man förebygger defekter vid tillverkning av mönsterkort

Effektivt förebyggande av defekter fokuserar på processtabilitetinte bara inspektion.

Viktiga förebyggande strategier inkluderar:

• Tidig DFM-granskning
• Konservativa konstruktionsmarginaler
• Kvalificerat materialval
• Övervakning av processens kapacitet
• Analys av avkastningsdata

På TOPFAST drivs arbetet med att förebygga defekter av uppströms processtyrning och databaserad återkopplingvilket minskar beroendet av screening i slutet av linjen.

Förebyggande av defekter vs tillverkningskostnad

Att förebygga defekter minskar ofta totalkostnaden.

Förmåner inkluderar:

• Högre avkastning
• Mindre omarbetning
• Färre förseningar
• Lägre risk för fel på fältet

Balans mellan kostnad och kvalitet: PCB:s tillverkningskostnad förklarad

Slutsats

Fel i mönsterkortstillverkningen är sällan isolerade händelser.
De är resultatet av samspelet mellan design, material och processtyrning.

Genom att förstå vanliga typer av defekter och deras grundorsaker kan ingenjörer och inköpare vidta proaktiva åtgärder för att förebygga defekter och förbättra den långsiktiga tillförlitligheten.

Denna artikel utgör en av grundpelarna i Kvalitet och tillförlitlighet för kretskort kluster.

FRÅGOR OCH SVAR: Defekter vid tillverkning av mönsterkort