Moderne elektrische en elektronische producten en componenten worden gekenmerkt door state-of-the-art technologieën en bieden gebruikers functies en diensten die enkele jaren geleden nog ondenkbaar waren. Maar ondanks de state-of-the-art technologie en productie, komen fouten en storingen in elektrische en elektronische producten en componenten in de praktijk steeds weer voor. Dit bracht ons bij het onderwerp van vandaag: PCB-storingsanalyse!
De redenen hiervoor zijn talrijk en variëren van een ontoereikend ontwerp en slechte materiaalkwaliteit tot onnauwkeurige productiespecificaties. Helaas vormen fouten en storingen in elektrische en elektronische producten vaak niet alleen een ongemak, maar kunnen ze ook aanzienlijke risico's voor mens en milieu met zich meebrengen.
Wat is een PCB-falenanalyse?
De term PCB-foutanalyse staat voor een uitgebreid onderzoek naar de oorzaken die hebben geleid tot het falen van een product of component. Met behulp van een breed scala aan technieken en testmethoden identificeren en evalueren test engineers de specifieke oorzaken van het falen van een product of component.
Zodra de oorzaak is vastgesteld, kunnen maatregelen worden genomen om het product aan te passen of opnieuw te ontwikkelen om toekomstige productfalen te voorkomen. Sommige foutanalysemethoden kunnen ook in de prototypefase worden gebruikt om potentiële fouten vroegtijdig te detecteren en zwakke punten aan te pakken voordat een product wordt gelanceerd.
Waarom is PCB-falenanalyse belangrijk?
Productfalen heeft verschillende gevolgen voor fabrikanten van elektrische en elektronische producten en componenten. Producten die niet werken zoals beloofd, kunnen leiden tot teleurgestelde gebruikers en de reputatie van een bedrijf als fabrikant van hoogwaardige producten schaden. Productfalen kan echter ook leiden tot kostbare en tijdrovende terugroepacties en de bijbehorende negatieve publiciteit.
In het ergste geval brengen productstoringen mensen en eigendommen in gevaar en veroorzaken ze letsel of zelfs de dood. Foutanalyse helpt fabrikanten de kwaliteit en veiligheid van hun producten te verbeteren en het risico op toekomstige storingen bij soortgelijke apparaten te verminderen.
Wat kan MOKO Technology voor uw PCB betekenen?
Voor foutanalyse bieden wij een volledig scala aan testdiensten voor elektrische en elektronische producten en componenten. Naast foutanalyse bieden wij ook de volgende testdiensten aan:
Coatingtesten/dunnefilmtechnologie
– waaronder het bepalen van de chemische samenstelling, de laagdikte, de oriëntatie en de kwaliteit van de coating, alsmede hechtingstesten.
Testen van printplaten – bijvoorbeeld het bepalen van de dikte en homogeniteit van de verzinkingslaag, delaminatietesten en testen van de hittebestendigheid van soldeer
Product testen
– bijvoorbeeld stralingstests om de structurele toestand te bepalen of om interne defecten op te sporen, elektrische karakterisering door middel van curvetests, kleurstof- en wriktest in een ball grid array (BGA) en verbindingen en onderzoek naar soldeerbaarheid.
Betrouwbaarheids- en operationele veiligheidstesten, inclusief onderzoeken na temperatuurveranderings- en schoktesten, vochttesten en zoutneveltesten.
Oppervlakte analyse
– röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) en atoomkrachtmicroscopie (AFM) en andere methoden
Thermische analyse met behulp van Differentiële Scanning Calorimetrie (DSC), Thermogravimetrische Analyse (TGA) en Thermomechanische Analyse (TMA) en andere methoden.
Chemische analyse
– waaronder massaspectrometrie met inductief gekoppeld plasma (ICP-MS), Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FTIR) en gaschromatografie met massaspectrometrie-koppeling (GC-MS).
Mechanische testen, waaronder trekproeven, vermoeiingsproeven en trillingstesten.
Elektromagnetische compatibiliteitstesten (EMC)
– met betrekking tot lijn- en stralingsemissies en immuniteit.
Scheuren in de metallisatie van printplaten
Probleem: Elektronische module is defect
Oplossing: Metallografisch dwarssnijden
Resultaat: scheuren in de via-metalisering
Flip-Chip contacten
Voorbeeld van Project HTM
Flip-chip contacten na olietest,
13346, NiAu/SbSn/PdAg,
2000 uur bij 200 °C
Afzettingen op printplaten
Onderzoek naar deposito's
Methoden: FTIR-resultaten:
Carboxylaten (zouten van carbonzuren,
specifiek adipinezuur (hexaanzuur) en IC
Onderzoek naar deposito's
Methode: REM en EDX
Bondabliftber
Foutanalyse van meerlaagse printplaten
Probleem: Een sensor op een printplaat maakt geen elektrisch contact meer door thermische spanning
Oplossing: Metallografisch dwarssnijden
Resultaat: Een wigvormig contact werd opgeheven
Oorzaak: Er ontstond mechanische spanning tussen de PCB en Gloptop.
besmetting
Beschrijving:
Verontreiniging en corrosie op het koperoppervlak veroorzaakten problemen bij het vertinnen van dit soldeeroog. Bovendien zijn er defecten (heldere plekken) zichtbaar op het koperoppervlak, waarop het basismateriaal doorschijnt (te dunne koperlaagdikte). Een onacceptabele fout, aangezien er in het latere soldeerproces mogelijk geen soldeer meer optreedt.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
• Elektrisch productiefout van de fabrikant
De krater op een component
Gouden laag
Beschrijving:
Fouten in het galvanisatieproces. Op de gemarkeerde plekken is te weinig goud galvanisch afgezet. De onderliggende laag (Ni) vertoont de eerste tekenen van corrosie. Onacceptabele fouten, zoals soldeerfouten, kunnen optreden tijdens het soldeerproces.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
• Het galvaniseringsproces is gebrekkig
• Voorbereiding van de printplaat (reiniging, onderlagen) gebrekkig
Defecte goudlaag
Knoopvorming
Beschrijving:
Knoopvorming in de Ni-barrièrelaag onder het goudoppervlak. Door een ongunstige stroomverdeling tijdens het galvaniseringsproces vormen zich in de middelste laag (zie onderste afbeelding, doorsnede) veel noduli die door de goudlaag heen steken. In het overzicht zijn deze noduli duidelijk zichtbaar. Deze printplaat mag niet worden gebruikt, aangezien er soldeer- of contactproblemen te verwachten zijn.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Galvanisatieproces: gebrekkig medium: Ni-laag breekt door de bovenste goudlaag
Knoopvorming
Onderbreking
Beschrijving:
Onderbreking van een spoor. Door fouten in het galvanische proces tijdens de productie van de printplaat (subtractief proces) is een deel van het spoor weggeëtst. Deze fout wijst op fouten in de fotoresist. Fabricagefout.
Galvanisatiefouten bij de productie van de PCB
Fout in de fotoresist/procesfout van de fabrikant
Gedeeltelijke onderbreking
Beschrijving:
Dezelfde verbinding als hierboven, maar het spoor is niet volledig gescheiden. Hoewel de elektrische functie is gegeven, kunnen er later problemen met de werking van de printplaat optreden onder elektrische belasting.
Galvaniseringsdefecten in PCB-productie
Fout in de fotoresist/procesfout van de fabrikant
Gedeeltelijke onderbreking van een geleidebaan
Insluiting van vreemde deeltjes
Beschrijving:
Insluiting van een vreemd deeltje in sporen. Dit is waarschijnlijk glasvezel van het basismateriaal. Omdat deze insluiting de dikte van het spoor vermindert, is deze fout niet acceptabel.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Het niet kunnen produceren van PCB's
Ongelijkmatig verfoppervlak
Oorzaken/herstelmaatregelen:
• Afdekmasker ongeschikt
• Verontreiniging van oppervlakken op de printplaat
• Warmtebelasting op de verf is onvoldoende
Oorzaken/herstelmaatregelen:
• Fouten in het coatingproces van de verf
• Verwijderen van de vernis die niet goed is
Beschrijving:
De offset van de coating ten opzichte van de ideale positie. Deze meest voorkomende fout heeft een zeer grote invloed op de uiteindelijke soldeerkwaliteit, omdat (zoals te zien is op de afbeelding) de bevochtigbare oppervlakken aanzienlijk kleiner of volledig bedekt kunnen zijn. Een onaanvaardbare fout.
De offset van de deklaag
Beschrijving:
De offset van de coating ten opzichte van de ideale positie.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Fouten in het coatingproces van de verf
Verwijderen van de vernis die tekortschiet
Fout lay-outgerelateerd (blootstelling)
Inclusie
Beschrijving:
Insluiting van ongedefinieerde deeltjes onder de verf. Deze fout veroorzaakt kortsluiting (elektrisch geleidende insluitingen).
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Fabricagefout van de fabrikant
Verontreiniging van het ongecoate basismateriaal
gebrek
Beschrijving:
Gedeeltelijke gebreken in de coating, de onregelmatige laagdikte van de coating. Deze fout kan alleen worden waargenomen tijdens gietprocessen. Door de ongelijkmatige verdeling van de verf op de printplaat ontstonden er ook defecten (volledige afwezigheid van verf). Onbedekte geleidertrekpunten kunnen corrosie veroorzaken die het elektrische gedrag van de assemblage kan beïnvloeden.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Verfproces gebrekkig
De gebruikte afdeklak is niet geschikt
Het oppervlak van het basismateriaal is niet vlak, de verf verspreidt zich slecht
Defecten in de coating
Beschrijving:
Storing van de verf direct op een spoor. Tijdens het soldeerproces bestaat het risico dat er bruggen ontstaan tussen het soldeeroog en het bevochtigbare spooroppervlak. Dit fenomeen wordt meestal veroorzaakt door verontreinigingen in de onderliggende printplaat. Herwerking is noodzakelijk.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Onzuiverheden (vetten) van de PCB
Fouten in het schilderproces die leiden tot gedeeltelijke defecten
mechanische effecten op de verf (flakkering van de verf)
Scheuren
Beschrijving:
Scheuren (microscheuren) op het oppervlak van het soldeerstopmasker. Fouten in de verwerking van het afdekmasker (spanningen, uitpuilen van het basismateriaal) veroorzaken scheuren in het verfoppervlak. Het grootste probleem is de daaropvolgende indringing van vocht door corrosie op de ladderoppervlakken. Corrosie is met name problematisch voor stroomvoerende geleiders, omdat elektrische migraties de isolatieweerstand sterk negatief beïnvloeden.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Soldeerstopdeksel defect
mechanische belastingen leiden tot scheuren in de verf
Het is niet gelukt om de verf te verwerken
Scheuren in de verf
Beschrijving:
Dezelfde verbinding als hierboven, maar hier zijn de scheuren mechanisch veroorzaakt, bijvoorbeeld door transportinvloeden.
Oorzaken/herstelmaatregelen:
Onjuiste behandeling van de printplaat/assemblage
Deklak niet bestand tegen mechanische belasting
Afscheidingen, rimpels
Beschrijving:
Loslatingen, plooien rond twee met soldeer gevulde doorgaande contacten. De thermische belasting tijdens het solderen, in combinatie met een slecht lay-outontwerp (de verf zit te dicht bij het doorgaande contact), leidde tot de getoonde loslatingen van de verf.
