Zoom sui guasti dei circuiti con l'imaging di nuova generazione


Gli ingegneri elettrici hanno identificato manualmente i guasti dei circuiti utilizzando i test del multimetro e le ispezioni visive, trascorrendo innumerevoli ore a misurare le correnti e ispezionare i difetti di saldatura. L'imaging di nuova generazione potrebbe accelerare la ricerca di tracce di guasti nei circuiti elettronici, portando a un rilevamento e un isolamento dei guasti più accurati. Queste risorse stanno alterando il modo in cui i laboratori vedono la microelettronica, che è la linfa vitale dell'era digitale.

La necessità di un rilevamento e di un isolamento avanzati dei guasti
Le infrastrutture critiche come le telecomunicazioni e le energie rinnovabili funzionano con microelettronica come semiconduttori e condensatori. I circuiti integrati digitali sui circuiti stampati possono avere milioni di dispositivi di connessione, rendendoli alcuni dei pezzi di tecnologia più complessi del pianeta. I difetti di traccia nei circuiti elettronici sono essenziali per un'ispezione rigorosa e un controllo di qualità prima di passare alla produzione e al mercato. Questi sono alcuni altri difetti comuni che l'imaging potrebbe evidenziare:

Problemi di saldatura

Pezzi rotti

Percorsi di circuito interrotti

Incisione scadente

Gestione della tensione inadeguata

Guasti dei contatti

Sovracorrenti

Scarsa termoregolazione

Incompatibilità con altre parti, come l'alimentatore

Un PCB difettoso in un sistema di sicurezza governativo potrebbe provocare conflitti internazionali o chiudere gli ospedali perché l'hardware del data center è in cortocircuito. Nell'era moderna, troppe operazioni delicate e necessarie si basano su queste materie prime e su circuiti sani, rendendo la scoperta e la bonifica dei guasti uno dei lavori più importanti degli ingegneri elettronici e di controllo.

L'imaging allevia gli oneri e rende le operazioni più mirate e produttive. Le richieste agli ingegneri della microelettronica sono le più alte che siano mai state e le pressioni non potranno che amplificarsi man mano che gli articoli analogici diventeranno più digitalizzati. Unisce le migliori mentalità nei metodi di diagnosi dei guasti basati su modelli e dati per operazioni più potenti.

Microscopia ottica
Questo è uno dei metodi di imaging più noti ma sottovalutati, poiché le tecnologie microscopiche diventano ogni anno più robuste. I microscopi ottici sono abili nel rilevare guasti visibili e degradazione nei circuiti. Sono disponibili numerose personalizzazioni e opzioni di dimensionamento a seconda del sospetto guasto.

I laboratori possono visualizzare le parti della scheda in sezioni in un ambiente non distruttivo. Consente un semplice contrasto a risoluzioni variabili per comprendere in modo completo lo stato di salute del circuito. Combinalo con altre strategie per un'efficace identificazione dei problemi, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo:

Simulazione laser termica

Microscopia elettronica a fotoemissione

Elettroluminescenza

Microscopia elettronica a trasmissione

Mordenzatura profonda con ioni reattivi
A volte è necessario staccare gli strati di un PCB per scoprire un guasto. Questo è il reverse engineering nella sua forma più pratica. L'incisione ionica reattiva con altre tecniche, come l'incisione chimica a umido o la fresatura a fascio ionico, può individuare rapidamente le anomalie delle prestazioni.

Sebbene questa non sia una tecnica di imaging a sé stante, è necessaria per migliorare la qualità e il successo di un'immagine affidabile. L'incisione ionica reattiva immette cariche nelle tracce del circuito a profondità variabili per vedere fino a che punto permeano i problemi.

Microscopia acustica a scansione
I PCB comprendono substrati e schermi e questi laminati sottili richiedono tanto esame quanto gli altri componenti del circuito integrato. Il SAM è un metodo di imaging in grado di rivelare se si è verificata una delaminazione in base alle onde sonore che rimbalzano su queste delicate caratteristiche. A volte, il posizionamento dell'acustica elabora un'immagine più cristallizzata rispetto alla luce in altre forme di rilevamento dei guasti.

La manipolazione della frequenza è fondamentale per penetrare abbastanza in profondità negli strati del PCG e affinare le caratteristiche specifiche che gli ingegneri possono considerare i siti problematici. Gli echi si riflettono correttamente sulle superfici o le immagini rivelano segnali che sono sfuggiti? Sebbene possa indicare un errore di fabbricazione, potrebbe anche rivelare sviste sull'imballaggio o assemblaggi aggressivi, con conseguenti forature e fratture all'interno degli strati.

Test radiografici
Molti metodi di imaging esaminano i guasti esterni, quindi cosa rivela i problemi interni? I test radiografici con raggi X o raggi gamma sono una potente risorsa per identificare disallineamenti, crepe e inefficienze di saldatura. Si tratta di un metodo non distruttivo, che consente agli ingegneri elettronici di ispezionare in profondità all'interno della microelettronica assemblata, indipendentemente dalla complessità della struttura. Ciò consente di risparmiare tempo e manodopera dalla separazione accurata dei componenti, producendo potenzialmente più difetti nel processo.

La radiografia avanzata fa apparire le immagini più velocemente e con maggiore chiarezza. I programmi consentono agli ingegneri di manipolare, ingrandire e ispezionare le foto per migliorare il processo decisionale su come e quando affrontare il guasto. Innovazioni come la radiografia dimostrano il potenziale dell'imaging a mani libere per scoprire ciò che mani attente impiegherebbero altrimenti ore a realizzare.

Analisi degli hot spot
L'imaging termico e l'analisi degli hot spot sono ideali per individuare i difetti invisibili legati alla dispersione di calore e alla tensione. Questo è un altro metodo non invasivo, che consente all'apparecchiatura di imaging di identificare le variazioni di temperatura in tutto il circuito. Mantiene i tecnici al sicuro dal doversi avvicinare a dispositivi parzialmente attivi. Potrebbe essere presente una perdita da qualche parte nel dispositivo o l'alimentatore sta rilasciando una corrente troppo intensa per essere gestita dalla scheda.

Alcuni metodi di rilevamento dei punti caldi incorporano i cristalli liquidi, mentre altri impiegano raggi laser. Idealmente, il cristallo rivelerà macchie chiare e scure in tutto il tabellone dove riposano le sacche di calore. I laser rimbalzeranno attraverso i substrati e il movimento identificherà dove si trovano gli afflussi di calore. Le onde ultrasoniche sono un'alternativa moderna che tenta di ridurre la probabilità che la tecnologia esterna influisca sulla funzionalità della scheda dopo l'identificazione.

Microscopia elettronica a scansione
Il SEM è un'altra variante popolare della microscopia che sfrutta i fasci di elettroni e l'interattività atomica per evidenziare i difetti. La topografia dei circuiti integrati diventa immediatamente visibile per una sezione trasversale ingrandita ad alta risoluzione di ciascun giunto di saldatura.

Il metodo è altamente versatile e compatibile con altre forme di rilevamento dei guasti, come la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia. Aiuta gli ingegneri a localizzare gli elementi di un PCB per verificare che si trovino nel posto giusto e generare le risposte corrette agli input. Inoltre, il SEM si integra con i sistemi di progettazione assistita da computer e con i metodi di revisione convenzionali, come il test dei parametri del dispositivo, per un'esperienza olistica di valutazione dei guasti in un'unica posizione.

Trovare tutti i difetti di traccia nei circuiti elettronici
L'imaging avanzato sarà il fulcro del rilevamento dei guasti di prossima generazione nella microelettronica. Il rilevamento e l'isolamento dei guasti erano un'attività impegnativa e lo sono ancora. Tuttavia, gli ingegneri elettronici sperimenteranno una nuova era di precisione e azione man mano che l'imaging accelera la diagnostica. I difetti di traccia nei circuiti elettronici saranno un problema per sempre, soprattutto perché la tecnologia diventa più complessa e diversificata nell'applicazione. Pertanto, l'implementazione di nuove tecniche di imaging per il controllo qualità è fondamentale per la stabilità industriale.