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Einführung in Interconnect Stress Test
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Was bedeutet IST-Test? Interconnect Stress Test (IST) ist eine beschleunigte Stresstest-Methode zur Untersuchung der Integrität von Leiterplatten-Durchkontaktierungen. IST ist ein objektiver Test mit raschen und wiederholbaren Testergebnissen. IST erzeugt eine zyklische thermische Belastung auf einem speziell entwickelten Testcoupon, während die elektrische Intaktheit der Durchkontaktierungen und der internen Verbindungen überwacht wird. Die IST Testmethode überprüft die Integrität verschiedener Bereiche auf der gleichen Struktur — IST testet gleichzeitig Durchkontaktierungen und Innenlagenanbindungen. IST erzeugt automatisch Daten zur Beurteilung, ob die Leiterplatte den thermischen Belastungen während der Bestückung, Reparatur und dem Betriebseinsatz standhält. IST ermöglicht eine kritische Evaluierung der Leiterplattenqualität und einen Einblick in die verschiedenen möglichen Fehlermodi. IST ist eine von der IPC anerkannte (TM-650 2.6.26) Testmethode, welche von namhaften OEM´s, CEM´s und Leiterplattenherstellern als definitive Methode zur Überprüfung der Qualität von Durchkontaktierungen eingesetzt wird. |
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Wie funktioniert der IST Test? IST beruht auf dem Prinzip der raschen Erhitzung eines Testcoupons von Umgebungstemperatur (21°C) auf 150° C, gefolgt von einer Zwangskühlung zurück auf Umgebungstemperatur. Während dieser zyklischen thermischen Belastung wird der Schleifenwiderstand über eine Reihe von Durchkontaktierungen überwacht. Eine Erhöhung des Widerstandes um 10% wird als Ausfall gewertet und die thermische Belastung wird abgebrochen. Der IST Test stoppt daher die Belastung exakt zum Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers. Die Testtemperaturen können bis auf 260°C erhöht werden (für die neuen Bleifrei-Lötprozesse) Der Test hängt vom Coupon-Design ab, welches die Leiterplatteneigenschaften inkl. kritischer Bohrdurchmesser, Kupferdicke, Lagenanzahl, Durchkontaktierungsart etc, widerspiegelt. Der Coupon weist zwei getrennte Stromkreise auf — den Heiz- und dem Messkreis. Der Heizkreis dient zum Erhitzen des Coupons und zur Überprüfung der Innenlagenanbindungen. Der Messkreis dient zur Überwachung der Widerstands-änderungen in der Durchkontaktierungshülse. Über den Messkreis wird keine signifikante Leistung abgegeben. Durch den Heizkreis wird keine Heizleistung im mittleren Bereich (Zentralbereich) der Durchkontaktierung abgegeben. Der Gesamtwiderstand des Coupons sollte Idealerweise zwischen 300 und 1000 Mikroohm liegen. Um diesen Widerstandsbereich zu realisieren, werden die Leiterbreiten den Testanforderungen angepasst. Diese Parameter ermöglichen auch den Test von zukünftigen Produkten in Bleifreitechnik mit Temperaturmaxima von 235 °C. Für den Test sind eine Reihe von Coupon-Designs verfügbar. PWB empfiehlt die Verwendung eines Standard-Designs, welches flexibel und für die meisten Anwendungen geeignet ist. Es gibt aber auch eine Anzahl von speziellen Coupondesigns, welche auf bestehende Leiterplattentechnologien abgestimmt sind. Standard-Designs besitzen zweifache Mess- und Heizkreise und bieten dadurch höchste Testflexibilität. Spezielle Testcoupons für Sonderanforderungen stehen auf der PWB Website zum Download zur Verfügung. Für besondere Anforderungen können auch kundenspezifische Designs entwickelt werden. |
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Wie wird ein Coupon getestet? Der Heizkreis erhitzt den Coupon mittels Gleichstrom auf 150°C. Gleichzeitig wird der Widerstand des Messkreises überwacht. Dieser Test wird typisch bis zu einer Widerstandserhöhung des Heiz- oder Messkreises um 10% oder bis zum Erreichen von 1000 Temperaturzyklen durchgeführt. Der Messkreis ist ausgelegt, um kleinste Widerstandsänderungen während der thermischen Belastung zu registrieren. Eine Widerstandserhöhung um 10% wird als Fehlerkriterium betrachtet und der Test wird abgebrochen, bevor weiterer Schaden am Coupon entsteht. (weitere Belastung über das 10% Limit hinaus kann die genaue Bestimmung der Fehlerursache verhindern.) Welche Daten werden während des Tests erzeugt? Das System zeigt die Widerstandsaktivitäten in Echtzeit sowie die individuellen und akkumulierten thermischen Zyklusdaten. Die Analyse und grafische Aufbereitung der Daten erfolgt automatisch mit jedem Heizzyklus. Zusätzliche Daten werden im maximalen Heizbereich und im Kühlbereich aufgezeichnet. Die Datenaufzeichnung beinhaltet die Anzahl der Zyklen bis zum Fehler oder bis zum Testende, den Widerstand jedes Kreises, den Widerstand bei maximaler und minimaler Temperatur. Die Auswertung der Daten gibt Aufschluss über den Fehlermodus und die Integrität des Stromkreises. Die Ergebnisse werden mit früheren Datenaufzeichnungen (Baseline-Daten) ähnlicher Produkte verglichen. Dies ermöglicht eine Quantifizierung der Zuverlässigkeit und einen Vergleich mit den Kundenanforderungen. |
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Warum wird der IST Test durchgeführt? Der Hauptgrund, warum OEM´s, CEM´s und Leiterplattenhersteller das IST Verfahren bevorzugt zum Leiterplattentest einsetzen, ist die Zeit- und Kostenersparnis. IST verursacht bedeutend niedrigere Kosten um beschleunigte Temperaturstresstests durchzuführen und bietet auch eine umfangreichere Analyse, welche die Belastung einer Leiterplatte während der Fertigung und während des Betriebseinsatzes simuliert. IST ist eine objektive und umfassende Testmethode mit reproduzierbaren Testergebnissen. Da das IST Verfahren hunderte von Durchkontaktierungen und Innenlagenanbindungen prüft, liefert dieser Test repräsentativere Ergebnisse über die Qualität der Leiterplatte als konventionelle Testmethoden.. Der IST Test wird gestoppt, bevor ein Totalausfall oder eine massive Schädigung eintritt. So kann über ein Thermografieverfahren die exakte Fehlerstelle lokalisiert und mittels Schliffbilder an der betreffenden Stelle die genaue Fehlerursache auf dem Testcoupon ermittelt werden. Konventionelle Testmethoden weisen eine Reihe von Limitierungen auf. Die Schliffbildanalyse ist sehr arbeitsintensiv und erfordert spezielle Vorbereitungen und eine subjektive Beurteilung. Sie ist auf ein zufälliges und statistisch nicht relevantes Sample beschränkt. Lötschocktests beschränken sich auf die Analyse von Delamination und sind nicht repräsentativ für einen modernen Fertigungsprozess. Hinzu kommen die schlechte Umweltverträglichkeit aufgrund der Verwendung von toxischem Blei. Der Temperaturwechseltest ist wesentlich teurer und langsamer und erlaubt keine Unterscheidung zwischen Hülsenabriss und Innenlagenabriss. |
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Was sind die Vorteile von IST? Mit IST liegen die Testergebnisse in kürzester Zeit vor. Das Verfahren erlaubt einen beschleunigten Test, wenn die Ergebnisse zeitkritisch sind. IST ist schneller als Temperaturwechseltests und wesentlich schneller als andere Testmethoden. I Das IST-Verfahren liefert eindeutige Ergebnisse. Die Analysen beziehen hunderte von Durchkontaktierungen und Innenlagenanbindungen ein und zeigen Schwachstellen mit hoher Wahrscheinlichkeit auf. Der Test erlaubt eine wesentlich realitätsnähere Simulation der Belastungen während der Fertigung, Reparatur und dem Betriebseinsatz, inklusive der höheren Löttemperaturen von Bleifreiprozessen. IST stoppt den Test vor dem Totalausfall, so dass eine kritische Evaluierung der Fehlerursache durchgeführt werden kann. Die Kombination aus IST und Thermografie bietet dem Anwender eine wesentlich verbesserte Möglichkeit, Fehlermodi zu lokalisieren und zu analysieren. |
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