I moderni prodotti e componenti elettrici ed elettronici sono caratterizzati da tecnologie all'avanguardia e offrono agli utenti funzioni e servizi impensabili solo pochi anni fa. Tuttavia, nonostante la tecnologia e la produzione all'avanguardia, errori e guasti di prodotti e componenti elettrici ed elettronici si verificano costantemente nella pratica, il che ci ha portato all'argomento di oggi: l'analisi dei guasti dei PCB!
Le ragioni sono molteplici e vanno da una progettazione inadeguata alla scarsa qualità dei materiali fino a specifiche di produzione imprecise. Purtroppo, però, errori e guasti nei prodotti elettrici ed elettronici spesso non rappresentano solo un inconveniente, ma possono comportare anche rischi considerevoli per le persone e l'ambiente.
Che cosa è un'analisi dei guasti del PCB
Il termine "analisi dei guasti dei PCB" indica un'indagine completa delle cause che hanno portato al guasto di un prodotto o di un componente. Utilizzando un'ampia gamma di tecniche e metodi di test, gli ingegneri addetti ai test identificano e valutano le cause specifiche del guasto di un prodotto o di un componente.
Una volta individuata la causa, è possibile adottare misure per modificare o riprogettare il prodotto ed evitarne il fallimento in futuro. Alcuni metodi di analisi degli errori possono essere utilizzati anche nella fase di prototipazione per individuare tempestivamente potenziali errori e correggere i punti deboli prima del lancio del prodotto.
Perché è importante l'analisi dei guasti dei PCB
I guasti dei prodotti hanno una serie di conseguenze per i produttori di prodotti e componenti elettrici ed elettronici. I prodotti che non funzionano come promesso possono deludere gli utenti e danneggiare la reputazione di un'azienda come produttore di prodotti di alta qualità. Tuttavia, i guasti dei prodotti possono anche portare a costosi e lunghi richiami di prodotti e alla conseguente pubblicità negativa.
Nel peggiore dei casi, i guasti dei prodotti mettono in pericolo persone e proprietà e causano lesioni o persino la morte. L'analisi dei guasti aiuta i produttori a migliorare la qualità e la sicurezza dei loro prodotti e a ridurre il rischio di futuri guasti su dispositivi simili.
Cosa può fare la tecnologia MOKO per il tuo PCB
Per l'analisi dei guasti, offriamo una gamma completa di servizi di collaudo per prodotti e componenti elettrici ed elettronici. Oltre all'analisi dei guasti, offriamo anche i seguenti servizi di collaudo:
Test di rivestimento/tecnologia a film sottile
– compresa la determinazione della composizione chimica, dello spessore dello strato, dell'orientamento e della qualità del rivestimento nonché dei test di adesione.
Test dei circuiti stampati – ad esempio determinazione dello spessore e dell'omogeneità dello strato di zincatura, test di delaminazione e test di resistenza al calore della saldatura
Test del prodotto
– ad esempio test di radiazione per determinare le condizioni strutturali o per determinare difetti interni, caratterizzazione elettrica mediante test di curva, test di tipo dye-and-pry in un ball grid array (BGA) e connessioni e indagine sulla saldabilità.
Test di affidabilità e sicurezza operativa, comprese le indagini dopo variazioni di temperatura e test d'urto, test di umidità e test di nebbia salina.
Analisi di superficie
– spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e microscopia a forza atomica (AFM) e altri metodi
Analisi termica mediante calorimetria differenziale a scansione (DSC), analisi termogravimetrica (TGA) e analisi termomeccanica (TMA) e altri metodi.
Analisi chimica
– tra cui spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS), spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) e cromatografia di gas con accoppiamento spettrometrico di massa (GC-MS).
Prove meccaniche, tra cui prove di trazione, prove di fatica e prove di vibrazione.
Test di compatibilità elettromagnetica (EMC)
– per quanto riguarda le emissioni di linea e di radiazione nonché l’immunità.
Crepe nella metallizzazione dei circuiti stampati
Problema: Modulo elettronico guasto
Soluzione: Taglio trasversale metallografico
Risultato: crepe nella metallizzazione della via
Contatti flip-chip
Esempio dal progetto HTM
Contatti flip-chip dopo il test dell'olio,
13346, NiAu/SbSn/PdAg,
2000 ore a 200 °C
Depositi su circuiti stampati
Indagine sui depositi
Metodi: Risultati FTIR:
Carbossilati (sali di acidi carbossilici,
in particolare l'acido adipico (acido esanoico) e l'IC
Indagine sui depositi
Metodo: REM ed EDX
Bondabliftber
Analisi dei guasti dei circuiti stampati multistrato
Problema: un sensore su un circuito stampato non è più in contatto elettrico a causa dello stress termico
Soluzione: Taglio trasversale metallografico
Risultato: è stato rimosso un contatto Wedge-Bond
Causa: la rottura tra il PCB e il Gloptop ha provocato sollecitazioni meccaniche.
Contaminazione
Descrizione:
Contaminazione e corrosione sulla superficie del rame hanno causato problemi con la stagnatura di questo occhio di saldatura. Inoltre, sulla superficie del rame sono visibili difetti (aree chiare), su cui traspare il materiale di base (lo spessore dello strato di rame è troppo sottile). Errore inaccettabile, poiché potrebbe verificarsi una mancata saldatura nel successivo processo di saldatura.
Cause/interventi correttivi:
• Difetto elettrico di fabbricazione del produttore
Il cratere su un componente
strato d'oro
Descrizione:
Errori nel processo di galvanizzazione. Nelle aree contrassegnate, è stato depositato galvanicamente troppo poco oro. Lo strato sottostante (Ni) mostra i primi segni di corrosione. Errori intollerabili, come errori di saldatura, possono verificarsi nel processo di saldatura.
Cause/interventi correttivi:
• Processo di galvanica carente
• Preparazione del circuito stampato (pulizia, sottostrati) carente
Strato d'oro difettoso
Formazione del nodo
Descrizione:
Formazione di nodi nello strato barriera al nichel sotto la superficie in oro. A causa della distribuzione sfavorevole della corrente durante il processo di galvanizzazione, si sono formati numerosi noduli nello strato intermedio (vedere l'immagine in basso, sezione) che sporgono attraverso lo strato in oro. Nella panoramica, questi noduli sono chiaramente visibili. Questo circuito stampato non deve essere utilizzato in quanto sono prevedibili problemi di saldatura o di contatto.
Cause/interventi correttivi:
Il processo di galvanizzazione con strato di Ni medio carente rompe lo strato superiore di oro
Formazione del nodo
Interruzione
Descrizione:
Interruzione di una traccia. A causa di errori nel processo galvanico durante la produzione del circuito stampato (processo sottrattivo), parte della traccia è stata asportata. Questo errore è indicativo di difetti nel fotoresist. Errore di fabbricazione.
Errori di galvanica nella produzione del PCB
Errore nel fotoresist/errore di processo del produttore
Interruzione parziale
Descrizione:
Stessa connessione mostrata sopra, tuttavia la traccia non è completamente separata. Sebbene la funzione elettrica sia indicata, potrebbero verificarsi problemi con il funzionamento del circuito stampato in seguito, in condizioni di carico elettrico.
Difetti di galvanica in Produzione di PCB
Errore nel fotoresist/errore di processo del produttore
Interruzione parziale del binario di un conduttore
Inclusione di particelle estranee
Descrizione:
Inclusione di una particella estranea nelle tracce. Probabilmente si tratta di fibra di vetro del materiale di base. Poiché questa inclusione riduce lo spessore della traccia, questo errore non è accettabile.
Cause/interventi correttivi:
Mancata fabbricazione del PCB
Superficie della vernice irregolare
Cause/interventi correttivi:
• Maschera di copertura non adatta
• Contaminazione delle superfici del circuito stampato
• Carico termico sulla vernice carente
Cause/interventi correttivi:
• Errori nel processo di rivestimento della vernice
• Rimozione della vernice carente
Descrizione:
Lo scostamento del rivestimento rispetto alla sua posizione ideale. Questo errore, il più comune, ha un'influenza notevole sulla qualità della saldatura successiva, poiché (come mostrato in figura) le superfici bagnabili possono essere significativamente ridotte o completamente oscurate. Errore intollerabile.
L'offset del rivestimento di copertura
Descrizione:
Lo scostamento del rivestimento rispetto alla sua posizione ideale.
Cause/interventi correttivi:
Errori nel processo di rivestimento della vernice
Rimozione della vernice carente
Errore relativo al layout (esposizione)
Inclusione
Descrizione:
Inclusione di particelle indefinite sotto la vernice. Questo errore causerà cortocircuiti (inclusioni elettricamente conduttive).
Cause/interventi correttivi:
Errore di fabbricazione del produttore
Contaminazione del materiale di base non rivestito
difetti
Descrizione:
Difetti parziali nel rivestimento, spessore irregolare dello strato di rivestimento. Questo errore può essere osservato solo nei processi di fusione. A causa della distribuzione non uniforme della vernice sul circuito stampato, si sono verificati anche difetti (completa assenza di vernice). I conduttori non coperti possono causare corrosione, che può compromettere il comportamento elettrico del circuito.
Cause/interventi correttivi:
Processo di verniciatura carente
La vernice di copertura utilizzata non è adatta
La superficie del materiale di base non è piana, la scarsa distribuzione della vernice
Difetti nel rivestimento
Descrizione:
Malfunzionamento della vernice direttamente su una traccia. Durante il processo di saldatura, c'è il rischio di creare ponti tra l'occhio di saldatura e la superficie bagnabile della traccia. Questo fenomeno è dovuto principalmente alle impurità presenti nelle aree sottostanti del circuito stampato. È necessaria una rilavorazione.
Cause/interventi correttivi:
Impurità (grassi) del PCB
Errori nel processo di verniciatura che portano a difetti parziali
effetti meccanici sulla vernice (scolorimento della vernice)
Crepe
Descrizione:
Crepe (microfessure) sulla superficie della maschera di arresto della saldatura. Errori nella lavorazione della maschera di copertura (sollecitazioni, rigonfiamenti del materiale di base) causano crepe nella superficie della vernice. Il problema principale è la successiva penetrazione di umidità dovuta alla corrosione sulle superfici della scala. La corrosione è particolarmente problematica per i conduttori attraversati da corrente, poiché le migrazioni elettriche influiscono fortemente negativamente sulla resistenza di isolamento.
Cause/interventi correttivi:
Copertura di arresto della saldatura difettosa
i carichi meccanici portano a crepe nella vernice
Impossibile elaborare la vernice
Crepe nella vernice
Descrizione:
La stessa connessione di cui sopra, tuttavia, le crepe sono state indotte meccanicamente, ad esempio da influenze di trasporto.
Cause/interventi correttivi:
Gestione impropria del circuito stampato/assemblaggio
Lacca di copertura non resistente ai carichi meccanici
Distacchi, rughe
Descrizione:
Distacchi e grinze attorno a due contatti passanti riempiti di stagno. Il carico termico nel processo di saldatura, unito a una progettazione del layout non ottimale (la vernice è troppo vicina al contatto passante), ha causato le asportazioni di vernice illustrate.
