IST umožňuje prokázat kvalitu vyrobené holé DPS

Materiály desek plošných spojů i procesy výroby desek se neustále inovují, a tak může být pro výrobce DPS zajímavá informace o způsobu a systému pro kontrolu vyrobených desek uváděného pod názvem IST (Interconnect Stress Test). Ta navíc přihlíží i k situacím, do kterých se deska dostane během pájení v procesu osazování a při opravách na desce (rework). Pájení vystavuje desky kritickému namáhání, které musí bez úhony přežít, mají-li nadále sloužit svému účelu.

Testovací kupón desky

Metoda i potřebné zařízení pro IST pochází od kanadské firmy PWB Interconnect Solutions Inc [1] (dále jen PWB). V čem testovací metoda spočívá? Jako obvykle má vyrobená deska testovací kupón, ale tentokrát s možností interního ohřevu spolu s testovanými plošnými spoji. Provedení kupónu je patentované a spočívá hlavně v použití plošných spojů uvnitř kupónu pro ohřev a odděleně i pro testování. Tím je možné testovat desku za podmínek, které se blíží reálné situaci během procesu pájení. Při konstrukci kupónu je potřeba dodržet celkový odpor vnitřní struktury propojení v rozsahu 300 až 1 000 μΩ. Firma PWB, jako autor metody IST, doporučuje použití připravených návrhů testovacích kupónů. Generická konstrukce kupónů má dvojité obvody plošných spojů pro ohřev i testování, které jsou vzájemně propletené. Kromě toho mohou být nové konstrukce kupónů vyvinuty podle potřeby.

Obr. 1 Testovací kupón desky pro IST

Kupóny mají několik obvodů s plošnými spoji – vyhřívací plošné spoje, signální spoje, spoje pro měření teploty uvnitř desky a další. Celá konstrukce je navržena tak, aby teplo generované při testování v kupónu bylo rovnoměrně rozděleno po celé ploše.

Během testu IST se přivádí do plošných spojů, které mají ohřívat desku, proud, čímž se plošné spoje zahřejí postupně až na 150 °C pro test spolehlivosti nebo na 230 až 260 °C pro simulaci procesu osazování a pájení. Ohřev trvá 3 minuty, poté se proud vypne a na 2 minuty se spustí nucené chlazení vzduchem, aby kupón dosáhl okolní teploty. Tento proces představuje jeden teplotní cyklus, během kterého se měří změny elektrického odporu v pokovených otvorech i testovaných plošných spojích. Změny odporu, byť malé, se vyhodnocují a ukazují na možnou degradaci kvality plošných spojů a pokovených otvorů pro zajištění přechodu signálu mezi vrstvami (via otvory). Pokud je deska kvalitní, vydrží kupón i několik set testovacích cyklů, přičemž rozdíly v naměřených hodnotách změn odporů jsou prakticky nulové. Pokud během testování začne degradace propojení, jsou změny v elektrickém odporu velmi malé až do okamžiku, kdy materiál desky a testované spoje spolu s via otvory nemohou snést vystavené zatížení (teplotní zatížení způsobí mechanické namáhání uvnitř desky) a změna odporu se rapidně zvýší. Pokud změna dosáhne 10 %, dochází v desce k selhání celé struktury propojení. Testovací zařízení zastaví další zvyšování zátěže při přednastaveném stupni destrukce desky.

Obr. 2 Testovací zařízení IST

Výhody IST testu a jeho vhodnost pro testování DPS

Testovací systém IST zobrazuje průběhy měřeného odporu struktury propojení v reálném čase. Analýza naměřených hodnot je ponechána na nástrojích zařízení. Výsledky jsou porovnávány s uloženými daty podobných desek, což dává dobré porovnání v rámci daného sortimentu, potřeb zákazníka či interních požadavků.

Výhodou použití IST pro testování spolehlivosti je výrazné zkrácení doby testu a zvýšená možnost analyzovat desku v místě jejího selhání za podmínek podobných těm reálným při pájení a opravách. Test je opakovatelný, takže výsledky mohou být ověřeny, ale hlavně dokumentovány. Navíc je tato metoda ekonomicky výhodnější než tradiční test v peci nebo další metody. Výsledky odráží kvalitu stovek via otvorů a plošných spojů, takže je zde velmi dobrá příležitost odhalit náhodné i fixní problémy desky. IST zařízení zastaví test při přiblížení se k podmínkám, za kterých dochází k úplné destrukci desky.

O tom, že se jedná o vhodnou metodu testování kvality holých desek, svědčí i skutečnost, že organizace IPC schválila IST techniku testování jako hlavní metodologii pro testování integrity prokovených otvorů desek a pro detekci delaminace – viz návod IPC-TM-650 Test Methods. Podrobnější informace o metodě IST i samotném testovacím zařízení lze nalézt na webových stránkách firmy PWB [2] a také společnosti Polar Instruments [3], která se IST testování věnuje, zejména v jihovýchodní Asii. Na webu firmy PWB je také k dispozici soubor článků pojednávajících o IST testování desek.

mklauz@dps-az.cz