Problém stability - dosky s plošnými spojmi (PCB) úspešne testované s tenzometrami od HBM
Dosky s plošnými spojmi (PCB) ako základ všetkej elektroniky v automobiloch, úžitkových vozidlách alebo mobilných telefónoch musia často odolávať veľmi náročným podmienkam. Akékoľvek poškodenie dosky plošných spojov, dokonca aj takmer nepostrehnuteľná prasklina v materiáli, môže vyradiť celý elektronický blok. Aby sa predišlo podobným problémom, výrobcovia dôkladne testujú mechanickú stabilitu PCB. Tenzometre HBM im poskytujú presné výsledky.
Hodnoty deformácie sú jedinými spoľahlivo predpovedajúcimi parametrami z hľadiska hodnotenia mechanického zaťaženia DPS.
Osobné vozidlá sa často pohybujú na "mačacích hlavách", rovnako ako technické vozidlá často v náročnom teréne. V lete sú vystavené veľmi vysokým teplotám a v zime teplotám pod bodom mrazu. Všetky tieto vplyvy prostredia zaťažujú dosku plošných spojov a okrem iného si vyžadujú veľmi spoľahlivú montáž komponentov na doske plošných spojov, ktoré tvoria základ celého systému riadiacej elektroniky. Vibrácie spojené s teplotným cyklovaním môžu spôsobiť praskliny v spojoch elektronických komponentov s doskou, a tým spôsobiť poruchy. Podobné problémy môžu vzniknúť aj pri výrobe DPS, kde niektoré výrobné operácie (rezanie, lámanie, vŕtanie) tiež spôsobujú mechanické namáhanie dosky a spojov. To všetko vedie k zvýšenému záujmu výrobcov alebo dodávateľov elektroniky o testovanie mechanických vlastností dosiek plošných spojov. Na tento účel veľmi dobre slúžia tenzometre.
Tenzometre aplikované na PCB
Bezolovnaté, ale mechanicky citlivejšie
Jedným z parametrov, ktoré sprísnili vyššie uvedené testovanie, je prechod na bezolovnaté spájkovanie. Legislatíva (napr. RoHS) zakazuje používanie nebezpečných látok v elektrických a elektronických blokoch. Medzi ne patrí olovo, ktoré sa predtým používalo ako jedna zo zložiek spájky používanej na pripevnenie komponentov na dosky plošných spojov. Bezolovnatá spájka je krehkejšia alebo náchylnejšia na praskanie pri mechanickom zaťažení. Veľmi problematické sú napríklad BGA - sústava veľkého počtu spojov na spodnej strane veľmi pevného puzdra súčiastky, ktorá je pomocou tejto sústavy pospájaná s laminátovou doskou plošných spojov - tieto dve pevné telesá majú okrem iného rôzne koeficienty tepelnej rozťažnosti, čo zaťažuje spoje BGA, ako aj mechanické zaťaženie dosky plošných spojov, napr. ohyb pri manipulácii.
Najmä pred začatím výroby nového výrobku je potrebné otestovať dosku plošných spojov počas jej výroby a v reálnom prostredí, v ktorom sa používa.
Rôzne normy
Na vykonávanie týchto skúšok pomocou tenzometrov boli vypracované rôzne normy (napr. IPC/JEDEG-9702). V nich sa opisuje, kde a ako sa majú vykonať merania. Mnoho výrobcov vyvinulo vlastné testy na základe svojich skúseností. Tie musia zohľadňovať zaťaženie dosky počas výroby a neskôr pri nasadení.
Spoločnosť HBM ponúka kompletný merací reťazec pre tenzometrické merania, ktorý spĺňa vyššie uvedené požiadavky, od samotných tenzometrov cez zosilňovač QuantumX MX1615B až po softvér catman®AP na zber údajov a analýzu meraní. Jedným z často používaných typov tenzometrov sú rozety na vyhodnocovanie všeobecnej deformácie. Spoločnosť HBM ponúka širokú škálu typov tenzometrických ružíc. Napríklad rozety typu RY s tromi meracími mriežkami na jednej podložke s rôznym rozložením mriežok a veľkosťou podložiek, odporom mriežok, ako aj teplotnou kompenzáciou pre rôzne materiály, ako je oceľ, hliník a iné.
Vysoké učení technické v Brne zriadilo centrum pre tenzometrické aplikácie na doskách plošných spojov, kde vám vedia poradiť alebo vykonať merania na doskách plošných spojov pomocou meracích zariadení HBM. Radi vás na nich odkážeme.
Typické oblasti použitia testov dosiek s plošnými spojmi
- Sledovanie usmernení a požiadaviek zákazníkov
Súčasné medzinárodné smernice (napríklad IPC-JEDEC 9704), priemyselné normy (napríklad norma pre automobilový priemysel s teplotným rozsahom -10 až 140 °C), požiadavky zákazníkov a oddelenia kontroly kvality spoločnosti vyžadujú úplnú dokumentáciu cieľových hodnôt alebo parametrov pokrývajúcich celý výrobný proces DPS.
- Zisťovanie zdrojov chýb pri výrobe a spracovaní dosiek
Problémy vznikajúce pri obrábaní alebo ďalšom spracovaní dosiek počas výroba možno zistiť tenzometrickým meraním. Príklady:
- Poškodenie dosiek pri povrchovej (SMD) alebo dierovej (THT, PIH) montáži
- Dodatočné mechanické namáhanie spôsobené nesprávnym nastavením (naklonením) počas automatickej montáže komponentov
- Mikrotrhliny a zlé kontakty v spájkovanom materiáli, najmä v spájkovacích poliach polí s guľôčkovými mriežkami (BGA)
- Prechodné javy mechanického zaťaženia počas mechanického rezania a obrábania dosiek plošných spojov (strihanie, lámanie, frézovanie)
- Vysoké zaťaženie pri ohýbaní PCB pri montáži viacpinových konektorov, napájacích líšt, chladičov a podobných viacpinových komponentov
- Zvýšené mechanické zaťaženie pri krimpovaní, uťahovaní skrutiek na doskách alebo montáži puzdier a obalov
- Vibračné a záťažové skúšky dosiek so spájkovanými komponentmi
- Overovanie problémov vo výstupných testoch
Poruchy, ktoré sa vyskytnú počas výstupného testu hotovej dosky, napr. počas ICT (test v obvode) alebo počas testovania simulácie zaťaženia v praxi. Napríklad:
- Zlomené keramické kondenzátory v dôsledku nadmerného ohýbania
- Mechanické dôsledky nadmernej upínacej sily pri skúške IKT
- Dôsledky tepelného namáhania - mikrotrhliny spôsobené rozdielnymi teplotnými koeficientmi materiálu dosky a namontovaných komponentov alebo mechanických komponentov pripojených k doske
- K budúcim požiadavkám
Vzhľadom na požiadavky na stále vyššiu miniaturizáciu sa osadzujú aj oblasti PCB so zvýšeným mechanickým namáhaním. Aj v tomto prípade je použitie tenzometrov na posúdenie mechanického prepracovania dosky veľmi užitočné pri vývoji a návrhu mechaniky celej zostavy.
Kompletné riešenie od spoločnosti HBM
HBM ponúka kompletné riešenie pre testovanie DPS vo forme Testovacie súpravy PCBktorý obsahuje všetko potrebné na vykonanie takýchto testov.