PCB/PCBA 신뢰성 테스트 및 고장 분석 개요

PCB/PCBA의 신뢰성 테스트와 실패 분석은 함께 진행되어야 합니다; 설계가 한계까지 스트레스를 받을 때, 그 실패 모드는 철저한 검사와 분석을 통해 결정되어야 합니다. 이러한 테스트와 잠재적 실패 원인 중 일부는 베어 보드 제작 중에 발생할 수 있으므로 제조업체가 처리해야 하며, PCBA의 다른 잠재적 문제는 프로토타이핑 및 설계 검증 중에 설계 팀이 처리해야 합니다. 항공 전자 및 방위 산업과 같은 고신뢰성 설계는 의도된 환경에서 기능할 수 있도록 광범위한 환경 테스트와 자격 검증이 필요할 수 있습니다.

이 주제에 대해 시작하기 위해서는 베어 보드 설계와 PCBA를 지배할 자격 요소를 이해하는 것이 중요합니다. PCB/PCBA 신뢰성의 다양한 차원과 잠재적 설계 변경 요구 사항을 식별하기 위해 사용되는 표준 실패 분석 기술을 살펴보겠습니다.

PCB 신뢰성 테스트 표준 개요

신뢰성 테스트는 대체로 PCB 또는 완성된 PCBA를 극한 환경 조건(열, 부식, 습도 등)에 노출시킨 후, 해당 조건을 견딜 수 있는지 확인하기 위한 성능 테스트를 포함합니다. 신뢰성 테스트 분야 내에서 PCB와 완성된 PCBA에 스트레스를 줄 수 있는 많은 가능한 원인이 있습니다:

• 기계적 부하(정적 하중, 진동 및 충격 시험, MIL-STD/IPC/SAE 표준에 따름)
• 열적 또는 기후 부하(열 유속, 극한 온도, 열 충격 IPC-TM-650 2.6.7 및 MIL-STD-202G 하에서; MIL-STD-883 방법 1011, IPC-9701A [6], JEDEC JESD22-A106 하에서의 열 사이클링)
• 전기적 부하(고전력, 감액 검증, EMC, 모두 IPC/IEC/SAE 표준에 따름) 및 UL 준수
• 화학적 부하(배치 환경에 맞는 부식 또는 기타 화학 노출)
• 이온화 방사선 노출(총 이온화 선량(TID)으로 계산됨)
• 먼지, 입자, 액체 노출
• 전자 조립품의 인공 노화 시험(HALT, HASS, HATS 등)

신뢰성 테스트에 포함되는 것은 무엇인가?

PCB 신뢰성 평가는 위에 나열된 각 영역에 초점을 맞춘 일련의 테스트를 필요로 합니다. 기본 제작된 보드 테스트는 제작업체가 여러분의 스택업에 대해 수행할 것이며, PCB 제작 노트에 명시한 요구 사항에 따라 베어 보드가 적합함을 인증할 수 있어야 합니다. PCBA의 경우, 테스트와 신뢰성은 더 광범위할 수 있습니다. 제작/조립업체는 IPC 제품 등급과 베어 보드에 대한 기본 IPC 표준에 대한 준수를 검증하기 위해 자체적인 일련의 테스트와 검사를 수행할 것이지만, 디자인 팀이나 계약 테스트 업체가 디자인의 신뢰성을 검증하기 위해 더 전문화된 테스트(환경적 또는 화학적 테스트)를 수행하는 것은 종종 그들의 몫이 될 것입니다.

이러한 영역의 테스트 가이드는 일련의 기사를 필요로 할 것이므로, 신뢰성 테스트와 검증의 모든 측면에 대해 자세히 다루지는 않겠습니다. IPC, MIL-STD, SAE, NASA/DO 및 기타 조직이 제공하는 표준 문서는 이 분야에서 지침을 제공하며, 이러한 테스트를 수행하기 위한 구체적인 절차도 제공합니다. IPC-TM-650은 PCB에 대한 표준화된 테스트 방법을 포함하지만, 위에서 언급한 다른 문서들은 특정 제품과 산업에 대한 IPC-TM-650의 요구 사항을 넘어설 수 있습니다.

PCB 실패 분석

PCB 신뢰성의 한계를 결정하는 것은 장치에서 발생하는 실패와 그 원인을 정확히 파악하는 것에 관한 것입니다. 보드에 실패가 발생하면 조사가 필요하며, 실패는 축적된 손상(예: 피로)으로 인해 점진적으로, 불규칙하게(무작위 또는 간헐적으로), 또는 갑작스럽게(충격으로 인해) 발생할 수 있습니다. 실패 모드를 조사할 때, 위의 테스트 적용은 PCBA를 실패할 때까지 누적하여 스트레스를 가하는 것(열, 기계적, 환경적)을 포함하며, 이후에는 보드를 검사하여 특정 실패를 찾아보고 조사합니다.

아래 표는 표준 PCB 실패 모드를 PCB에서 사용되는 검사 및 실패 분석 방법과 일치시킵니다.

이러한 각 영역에서 결함을 식별하는 것은 일부 기술을 필요로 합니다. 이 중 일부는 습기 노출로 인한 극심한 부식과 같이 명백한 것도 있지만, 다른 것들은 훈련된 눈에만 명백합니다. 예를 들어, X-레이 이미지에서 실패를 식별하는 것은 기록된 이미지의 대비와 해상도 때문에 그리 명백하지 않습니다.

전도성 양극 필라멘테이션은 고전압에서 장시간 작동하거나 작동 중 비아 배럴의 파손과 같은 경우, 마이크로 섹션 샘플이나 SEM 이미지에서 쉽게 발견할 수 있습니다. 올바른 이미징 기술로 두 경우 모두 명확하게 볼 수 있습니다. 예를 들어, 아래 이미지는 마이크로 섹션에서 분명히 보이는 파손을 보여주며, 이는 간헐적인 실패를 유발할 수 있습니다.

결함이나 실패가 확인되면, 작동 중 문제가 발생하지 않도록 하거나, 이러한 유형의 문제에 대해 더욱 강력하게 대응할 수 있도록 설계를 수정하는 등의 조치를 취해야 합니다. 이는 결함의 유형과 실패를 초래한 메커니즘에 따라 사례별로 접근해야 합니다.

마지막 생각

여기서 기억해야 할 핵심은 어떤 PCBA도 불패가 아니며, 모든 설계는 결국 치명적인 실패로 이어질 수 있는 스트레스를 받을 수 있다는 것입니다. 적용된 스트레스가 제품이 의도된 환경에서 운영될 때 절대로 마주치지 않을 것이라고 매우 드물다면, 신뢰성 관점에서 설계가 성공적이라고 간주할 수 있습니다. 신뢰성을 테스트하고 실패를 조사할 때, 운영 중에 장치가 가장 가능성이 높은 실패 모드를 고려하고 먼저 해결하는 것이 중요합니다.

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