Falltest-Instrumentierung

Instrumentierung für Falltests: Was dieses Handbuch abdeckt (und für wen es ist)

Dieser Leitfaden richtet sich an Elektronikingenieure, Zuverlässigkeitsmanager und Einkaufsleiter, die für die Beschaffung von PCBs verantwortlich sind, die in Umgebungen mit hohen Stoßbelastungen oder in Validierungshardware eingesetzt werden. Insbesondere behandelt er die Fertigungsanforderungen für die Falltest-Instrumentierung – die spezialisierten Sensorplatinen, Datenerfassungseinheiten (DAQ) und instrumentierten Prototypen, die zur Messung mechanischer Stöße während der Produktentwicklung verwendet werden.

Wenn Sie die Hardware bauen, die andere Hardware validiert, ist ein Ausfall keine Option. Wenn Ihre Instrumentierungs-Leiterplatte während eines 1500G-Stoßereignisses ausfällt, verlieren Sie kritische Daten und verschwenden teure Prototypenzyklen. Dieses Handbuch konzentriert sich auf die spezifischen Leiterplatten (PCB)-Spezifikationen, Materialauswahlen und Montagetechniken, die erforderlich sind, um sicherzustellen, dass Ihre Messsysteme genaue, wiederholbare Daten liefern, ohne selbst zum Fehlerpunkt zu werden.

Wir gehen über grundlegende IPC-Standards hinaus, um die praktischen Realitäten der Überlebensfähigkeit bei hohen G-Kräften zu erörtern. Sie finden umsetzbare Checklisten für die Spezifikation von starren und flexiblen Schaltungen, die Beschleunigungsmesser und Dehnungsmessstreifen aufnehmen, zusammen mit einem Risikobewertungsrahmen zur Vermeidung gängiger Ausfallarten wie Pad-Cratering und Leiterbahnbrüche. Bei APTPCB (APTPCB PCB Factory) verstehen wir, dass die Integrität Ihrer Testdaten vollständig von der Integrität der Platine abhängt, die sie erfasst. Dieser Leitfaden hilft Ihnen, die Lücke zwischen einem theoretischen Testplan und einer physischen, herstellbaren Leiterplatte zu schließen, die den Fall übersteht.

Wann Falltest-Instrumentierung der richtige Ansatz ist (und wann nicht)

Zu verstehen, wann in spezialisierte Instrumentierungs-Leiterplatten gegenüber Standard-Prototypen investiert werden sollte, ist entscheidend für die Budget- und Zeitplanverwaltung.

Es ist der richtige Ansatz, wenn:

Sie Handheld-Geräte validieren: Smartphones, Scanner und Fernbedienungen erfordern eine präzise Quantifizierung der Aufprallkräfte, um Ausfallraten im Feld vorherzusagen.
Sie Simulationen mit der Realität korrelieren müssen: Finite-Elemente-Analyse (FEA)-Modelle sind nur so gut wie ihre Eingaben. Physische Falltest-Instrumentierung liefert die empirischen Daten, die zur Abstimmung dieser Modelle erforderlich sind.
Sie Komponenten mit hoher Masse testen: Große BGAs oder schwere Induktivitäten neigen zur Lötstellenermüdung. Instrumentierte Platinen mit Dehnungsmessstreifen in der Nähe dieser Komponenten sind unerlässlich, um die Platinenbiegung zu messen.
Regulatorische Konformität obligatorisch ist: Branchen wie Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie erfordern oft dokumentierte Nachweise der Stoßfestigkeit (z. B. MIL-STD-810), was robuste Datenprotokollierungs-Hardware erforderlich macht.

Es ist möglicherweise nicht der richtige Ansatz, wenn:

Das Produkt ist stationär: Für Server-Racks oder Desktop-Einheiten, die sich selten bewegen, sind Standard-Vibrationstests möglicherweise relevanter als eine High-G-Fallinstrumentierung.
Kosten sind der einzige Treiber: Instrumentierte Testplatinen sind aufgrund der Notwendigkeit von Hochgeschwindigkeitssensoren und robuster Bauqualität teuer. Wenn ein einfacher Gut/Schlecht-Funktionstest ausreicht, kann eine vollständige Instrumentierung übertrieben sein.
Das Design befindet sich in einer frühen Alpha-Phase: Wenn sich das mechanische Gehäuse noch drastisch ändert, können präzise Instrumentierungsdaten obsolet sein, bevor sie analysiert werden.

Anforderungen, die Sie vor der Angebotserstellung definieren müssen

Um ein genaues Angebot und eine zuverlässige Platine zu erhalten, müssen Sie über generische Gerber-Dateien hinausgehen. Die Falltest-Instrumentierung erfordert spezifische Angaben, um die Signalintegrität während des chaotischen Rauschens eines Aufprallereignisses zu gewährleisten.

Auswahl des Basismaterials (Laminat):
- Geben Sie High-Tg FR4 (Tg > 170°C) als Basis an, um die Steifigkeit zu erhalten.
- Für Hochgeschwindigkeits-DAQ-Platinen sollten verlustarme Materialien (wie Rogers oder Megtron) in Betracht gezogen werden, um die Anstiegszeit von Schockimpulsen zu erhalten.
- Ziel: Tg ≥ 170°C, Td ≥ 340°C.
Kupferfolientyp:
- Fordern Sie "Reverse Treated Foil" (RTF) oder "Very Low Profile" (VLP) Kupfer an, um die Haftung zu verbessern und den Signalverlust zu reduzieren, aber noch wichtiger ist, gewalztes, geglühtes Kupfer für flexible Abschnitte in Betracht zu ziehen, um dynamischer Biegung standzuhalten.
- Ziel: Haftfestigkeit > 1.0 N/mm.
Lötstopplack-Verwebung:

Sicherstellen, dass zwischen den Pads ausreichend Lötstopplackstege vorhanden sind, insbesondere bei Fine-Pitch-Beschleunigungssensoren (LGA/BGA-Gehäuse).
Ziel: Mindestens 3-4 mil Lötstopplacksteg, um Lötbrücken während des Schocks beim Fall zu verhindern.

Oberflächenveredelung:

ENIG (Chemisch Nickel/Immersionsgold): Bevorzugt wegen der Ebenheit, die für die Montage kleiner MEMS-Beschleunigungssensoren entscheidend ist.
OSP (Organischer Schutzlack): Manchmal bevorzugt für die Fallzuverlässigkeit der Lötstelle selbst (Nickel in ENIG kann spröde sein), hat aber eine kürzere Haltbarkeit.
Ziel: ENIG für Instrumentierungssensoren; OSP für das DUT (Device Under Test), wenn Lötstellenversagen untersucht wird.

Via-Struktur und Verschließen:

Offene Vias in der Nähe von BGA-Pads können Lot abziehen und Lötstellen schwächen.
Anforderung: VIPPO (Via-in-Pad Plated Over) oder vollständig verschlossene und abgedeckte Vias für alle Bereiche mit hoher Bauteilbelastung.
Ziel: IPC-4761 Typ VII gefüllte Vias.

Dehnungsmessstreifen-Flächen:

Wenn die Platine Dehnungsmessstreifen aufnehmen soll, definieren Sie spezifische Bereiche, die frei von Lötstopplack und Siebdruck sind, um eine ordnungsgemäße Verklebung des Messstreifens zu ermöglichen.
Ziel: Definierte "Keep-out"-Zonen in der Lötstopplackschicht für die Platzierung des Messstreifens.

Leiterbahnführung und Geometrie:

Vermeiden Sie 90-Grad-Ecken bei Leiterbahnen, die kritische Sensordaten führen; verwenden Sie eine 45-Grad- oder gekrümmte Führung, um Spannungskonzentrationspunkte zu reduzieren.
Ziel: Teardrops an allen Via-zu-Leiterbahn-Übergängen, um Rissbildung während der Platinenbiegung zu verhindern.

Mechanische Befestigungslöcher:
- Instrumentierungsplatinen müssen starr an der Vorrichtung montiert werden.
- Ziel: Nicht metallisierte Durchgangslöcher (NPTH) mit ausreichendem Freiraum für Schraubenköpfe und Unterlegscheiben, um sicherzustellen, dass beim Anziehen kein Kupfer zerdrückt wird.
Komponentenbefestigung (Underfill/Verguss):
- Obwohl dies ein Montageschritt ist, muss die Leiterplatte dafür ausgelegt sein.
- Ziel: Im Bestückungsplan "Underfill-Flussbereiche" um große BGAs oder schwere Steckverbinder festlegen.
Testpunkte:
- Robuste Testpunkte werden für Oszilloskop-Tastköpfe benötigt.
- Ziel: Verstärkte Testschlaufen oder Oberflächen-Pads, die gelötete Drähte aufnehmen können, ohne sich bei einem Fall von der Platine zu lösen.
Impedanzkontrolle:
- Stoßsensoren geben oft hochfrequente Analogsignale oder Hochgeschwindigkeits-Digitaldaten (I2C/SPI/LVDS) aus.
- Ziel: ±10 % Impedanzkontrolle auf Sensordatenleitungen.
Umweltbeschichtung:
- Wenn der Falltest mit Feuchtigkeits- oder Temperaturzyklen kombiniert wird.
- Ziel: Spezifikation für die Kompatibilität der Schutzlackierung (Maskierungsanforderungen für Steckverbinder).

Die versteckten Risiken, die das Scale-up scheitern lassen

Die Skalierung von einem einzelnen Prototyp zu einer Charge von Falltest-Instrumentierungsplatinen birgt Risiken, die in der Standardfertigung oft unsichtbar sind.

1. Pad-Kraterbildung (Der stille Killer)

Risiko: Das Harz unter dem Kupferpad bricht während der hohen G-Kräfte eines Sturzes, wodurch die Komponente getrennt wird, während die Lötstelle intakt bleibt.
Warum es passiert: Übermäßige Platinenbiegung überträgt Spannung auf die starre Lötstelle und zieht das Kupferpad vom Laminat weg.
Wie man es erkennt: Querschnittsanalyse oder "Dye-and-Pry"-Tests nach einem Sturzereignis. Elektrische Tests können intermittierende Fehler zeigen.
Prävention: Verwenden Sie "Non-Solder Mask Defined" (NSMD) Pads, um Spannungen zu reduzieren, und fügen Sie "Teardrops" an allen Pad-Leiterbahn-Übergängen hinzu.

2. Sprödigkeit der intermetallischen Verbindung (IMC)

Risiko: Lötstellen zersplittern beim Aufprall.
Warum es passiert: Übermäßige Golddicke bei ENIG-Oberflächen oder verlängerte Reflow-Zeiten erzeugen eine dicke, spröde IMC-Schicht, die keine Stoßenergie absorbieren kann.
Wie man es erkennt: Scherprüfung von Bauteilen; der Fehler tritt an der IMC-Grenzfläche und nicht im Lotmaterial auf.
Prävention: Kontrollieren Sie die Golddicke streng (2-3 Mikrozoll) und optimieren Sie Reflow-Profile, um thermische Belastungen zu minimieren.

3. Rissbildung bei Keramikkondensatoren

Risiko: MLCCs (Mehrschicht-Keramikkondensatoren) reißen, was zu Kurzschlüssen oder Unterbrechungen führt.
Warum es passiert: Platinenbiegung während des Sturzes setzt den starren Keramikkörper unter Spannung.
Wie man es erkennt: Röntgeninspektionen übersehen oft Haarrisse; Funktionsausfall ist der übliche Indikator. Akustische Mikroskopie ist der Goldstandard für die Erkennung.
Prävention: Verwenden Sie "Soft Termination"- oder "Flex-Term"-Kondensatoren. Richten Sie die Kondensatoren parallel zur Richtung der minimalen Biegung aus.

4. Steckverbinder-Unterbrechung

Risiko: Datenkabel oder Board-to-Board-Steckverbinder trennen sich bei einem Aufprall kurzzeitig (Chatter).
Warum es passiert: Die Federkraft des Kontakts wird durch die G-Kraft überwunden.
Wie zu erkennen: Überwachen Sie Signalleitungen auf Unterbrechungen im Mikrosekundenbereich während des Falltests.
Prävention: Verwenden Sie Steckverbinder mit hoher Haltekraft, Verriegelungsmechanismen oder Lötverbinder anstelle von Stiftleisten.

5. Leiterbahn-Bruch an Vias

Risiko: Interne Leiterbahnen brechen dort, wo sie mit den Via-Hülsen verbunden sind.
Warum es passiert: Z-Achsen-Ausdehnung oder Platinenverdrehung schert die Kupferverbindung ab.
Wie zu erkennen: Widerstandsänderungen in Daisy-Chain-Teststrukturen.
Prävention: Verwenden Sie größere Annularringe und stellen Sie eine hochwertige Kupferbeschichtung sicher (Kupferbeschichtungsdicke der Klasse 3).

6. Sensor-Sättigung/Clipping

Risiko: Der Beschleunigungssensor erreicht seinen maximalen Bereich (Rail-to-Rail) und kann die Spitzen-G-Kraft nicht aufzeichnen.
Warum es passiert: Unterspezifizierter Sensorbereich (z.B. Verwendung eines 50G-Sensors für ein 500G-Ereignis).
Wie zu erkennen: Flach abgeschnittene Wellenformen im Datenprotokoll.
Prävention: Wählen Sie Sensoren mit einem Bereich, der 20-50% höher ist als der erwartete Spitzenschock.

7. Batterie-Unterbrechung

Risiko: Batteriekontakte prellen, wodurch die Instrumentierung während des Falls zurückgesetzt wird.
Warum es passiert: Federkontakte sind für hohe G-Belastungen unzureichend.
Wie man es erkennt: Geräteresets oder beschädigte Datendateien.
Prävention: Verwenden Sie gelötete Batterielaschen oder extrem hochfeste Batteriehalter.

8. Delamination von Starrflex-Schnittstellen

Risiko: Die starren und flexiblen Schichten trennen sich.
Warum es passiert: Scherkräfte in der Übergangszone während des Aufpralls.
Wie man es erkennt: Sichtprüfung oder Impedanzdiskontinuitäten.
Prävention: Verwenden Sie "Bikini-Coverlay" oder abgestufte Versteifungen, um den Übergang von starr zu flexibel zu glätten.

9. Daten-Schreiblatenz

Risiko: Daten gehen verloren, weil die Schreibgeschwindigkeit auf den Flash-Speicher zu langsam ist, um den Hochgeschwindigkeits-Transienten zu erfassen.
Warum es passiert: Schlechte Auswahl der Speicherschnittstelle oder des Controllers.
Wie man es erkennt: Lücken in den Datenprotokollen.
Prävention: Verwenden Sie Hochgeschwindigkeits-Ringspeicher im RAM und schreiben Sie nach dem Ereignis in nichtflüchtigen Speicher.

10. Dehnungsmessstreifen-Entbindung

Risiko: Der Dehnungsmessstreifen löst sich von der Leiterplatte.
Warum es passiert: Schlechte Oberflächenvorbereitung oder falscher Klebstoff.
Wie man es erkennt: Erratiche oder driftende Dehnungsmesswerte.
Prävention: Befolgen Sie strenge Oberflächenvorbereitungsprotokolle (Schleifen, Reinigen) und verwenden Sie Klebstoffe, die für den erwarteten Temperatur- und Stoßbereich ausgelegt sind.

Validierungsplan (was zu testen ist, wann und was "bestanden" bedeutet)

Bevor Sie Ihre Instrumentierung in einer vollständigen Qualifizierungskampagne einsetzen, müssen Sie die Instrumentierung selbst validieren.

Messung des Grundrauschens
- Ziel: Sicherstellen, dass die Elektronik leise genug ist, um subtile Vibrationen zu erkennen.
- Methode: Sensordaten aufzeichnen, während die Platine auf einem Schwingungsisolationstisch stationär ist.
- Akzeptanz: Grundrauschen < 1% des Messbereichs.
Statische Kalibrierungsprüfung
- Ziel: Sensorgenauigkeit bei 1G überprüfen.
- Methode: Die Platine auf allen drei Achsen (+X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z) drehen und die Schwerkraft messen.
- Akzeptanz: ±1G-Messwert innerhalb der Sensortoleranz (typischerweise ±2%).
Sinus-Sweep-Vibrationstest
- Ziel: Resonanzfrequenzen der Instrumentierungsplatine selbst identifizieren.
- Methode: Sweep von 10Hz bis 2000Hz bei niedrigem G.
- Akzeptanz: Keine Resonanzen innerhalb der interessierenden Bandbreite für den Falltest.
Schockkalibrierung (niedriges Niveau)
- Ziel: Dynamisches Ansprechverhalten überprüfen.
- Methode: Die Platine einem kontrollierten Schock mit niedrigem G (z.B. 50G) auf einem Schocktisch aussetzen.
- Akzeptanz: Gemessener Spitzenwert stimmt mit dem Referenzbeschleunigungsmesser innerhalb von ±5% überein.
High-G-Überlebenstest
- Ziel: Sicherstellen, dass die Instrumentierung den maximal erwarteten Fall übersteht.
- Methode: Die Instrumentierungsplatine (wenn möglich ohne das Prüfobjekt) mit dem 1,5-fachen der Ziel-G-Kraft fallen lassen.
- Akzeptanz: Gerät bleibt funktionsfähig, keine mechanischen Schäden, Daten werden erfolgreich protokolliert.
Durchgangsprüfung der Daisy-Chain

Ziel: Überprüfung der Zuverlässigkeit von Leiterplattenverbindungen.
- Methode: Verwendung eines spezialisierten Daisy-Chain-Leiterplattendesigns und Überwachung des Widerstands während des Falls.
- Akzeptanz: Keine Widerstandsspitzen > 1000 Ohm für eine Dauer > 1 Mikrosekunde (IPC-9701-Standard).

Farbstoff- und Hebelanalyse (Zerstörend)
- Ziel: Überprüfung auf Pad-Kraterbildung oder Lötstellenrisse an einer Probeeinheit.
- Methode: Farbstoff unter Komponenten injizieren, diese abhebeln und auf Farbstoffpenetration prüfen.
- Akzeptanz: Keine Farbstoffpenetration in die Bruchfläche der Lötstelle (weist auf vorhandene Risse hin).
Querschnittsanalyse (Mikroschliff)
- Ziel: Überprüfung der Via-Qualität und Beschichtungsintegrität.
- Methode: Die Leiterplatte durch kritische Vias schneiden und unter einem Mikroskop untersuchen.
- Akzeptanz: Keine Barrel-Risse, Knie-Risse oder Beschichtungsablösung.
Thermische Zyklus-Vorkonditionierung
- Ziel: Alterung vor dem Falltest simulieren (optional, aber empfohlen).
- Methode: Zyklus von -40°C bis +85°C für 100 Zyklen.
- Akzeptanz: Keine Verschlechterung der elektrischen Leistung vor Beginn des Falltests.
Feuchte-Bias-Test PCB-Verifizierung
- Ziel: Sicherstellen, dass die Platine Umweltkammern standhalten kann, wenn Falltests unter feuchten Bedingungen durchgeführt werden.
- Methode: 85°C / 85% RH mit angelegter Vorspannung.
- Akzeptanz: Kein dendritisches Wachstum oder Isolationswiderstandsversagen.
Datenintegritätsprüfung
- Ziel: Überprüfung der Zuverlässigkeit der Datenspeicherung unter Schockbelastung.
- Methode: Schreiben eines bekannten Musters in den Speicher während eines Fallereignisses.
- Akzeptanz: Die Rücklesung stimmt zu 100 % mit dem geschriebenen Muster überein.
Prüfung der Vorrichtungsanpassung
- Ziel: Sicherstellen, dass die Platine flach und ohne induzierte Spannung montiert wird.
- Methode: Verwendung einer druckempfindlichen Folie zwischen der Leiterplatte und der Vorrichtung.
- Akzeptanz: Gleichmäßige Druckverteilung; keine hohen Stellen, die eine Vorbelastung verursachen könnten.

Lieferanten-Checkliste (Angebotsanfrage + Auditfragen)

Bei der Beschaffung von Leiterplatten für Falltestinstrumente ist die Standardqualität für Verbraucher unzureichend. Verwenden Sie diese Checkliste, um Lieferanten wie APTPCB zu prüfen.

Angebotsanfrage-Eingaben (Was Sie senden)

Materialspezifikation: Geben Sie bei Bedarf Tg, Td und die Markenpräferenz (z. B. Isola 370HR) explizit an.
Lagenaufbauzeichnung: Definieren Sie Kupfergewichte und Dielektrikumdicken, um die Steifigkeit zu kontrollieren.
Bohrtabelle: Gefüllte/verschlossene Vias klar von Standard-Vias unterscheiden.
Oberflächenveredelung: Geben Sie den ENIG-Dickenbereich an (z. B. 2-4 Mikrozoll).
Impedanzanforderungen: Listen Sie Zielimpedanzen und Referenzschichten auf.
Lötstopplack: Definieren Sie "Keep-out"-Bereiche für Dehnungsmessstreifen oder Underfill.
Toleranzen: Engere Umrisstoleranzen (±0,1 mm) für eine präzise Vorrichtungsanpassung.
Prüfung: Fordern Sie einen 100%igen Netlist-Elektrotest an.
Kennzeichnung: Serialisierung zur Rückverfolgbarkeit jeder Platine anfordern.
IPC-Klasse: IPC-Klasse 2 oder Klasse 3 angeben (Klasse 3 für Instrumentierung empfohlen).

Leistungsnachweis (Was sie zeigen müssen)

Via-Füllung: Können sie zuverlässige VIPPO (Via-in-Pad)-Prozesse demonstrieren?
Feiner Raster: Fähigkeit für 0,4 mm oder 0,35 mm Raster-BGAs (üblich für MEMS-Sensoren).
Starrflex: Erfahrung mit dynamischen Flex-Anwendungen, falls Flex-Leitungen verwendet werden.
Kontrollierte Impedanz: Stellen sie TDR (Time Domain Reflectometry)-Berichte zur Verfügung?
Sauberkeit: Fähigkeit, ionische Sauberkeitsstandards zu erfüllen (entscheidend für hochohmige Sensoren).
Querschnittsanalyse: Führen sie Mikroschnitte an jedem Produktionspanel durch?
Zertifizierungen: ISO 9001 ist ein Minimum; IATF 16949 ist ein Pluspunkt für die Zuverlässigkeit.
Materialbestand: Lagern sie hochzuverlässige Laminate, um Lieferverzögerungen zu vermeiden?

Qualitätssystem & Rückverfolgbarkeit

Chargenkontrolle: Können sie eine bestimmte Platine bis zur Rohmaterialcharge zurückverfolgen?
Lötbarkeitsprüfung: Führen sie Lötbarkeitsprüfungen an der Oberfläche durch?
AOI (Automatische Optische Inspektion): Wird AOI auf Innenlagen und nicht nur auf Außenlagen eingesetzt?
Verzug/Verdrehung: Messen und melden sie Verbiegung und Verdrehung (entscheidend für die Sensorplanheit)?
Röntgen: Verfügbarkeit von Röntgen für die Überprüfung der BGA-Bestückung (falls sie PCBA anbieten).
NCMR: Wie ist ihr Prozess für Berichte über nicht konformes Material?

Änderungskontrolle & Lieferung

PCN (Process Change Notification): Benachrichtigen sie Sie, bevor sie Materialien oder Chemikalien ändern?
EQ (Engineering Query) Prozess: Überprüfen sie Daten und stellen Fragen, bevor sie beginnen (ein gutes Zeichen)?
Verpackung: Verwenden sie vakuumversiegelte, ESD-sichere Verpackungen mit Trockenmittel?
Lieferzeit: Können sie schnelle Prototypen (3-5 Tage) unterstützen und auf die Produktion skalieren?
DFM-Unterstützung: Bieten sie eine detaillierte Design for Manufacturing-Überprüfung vor der Fertigung an?
Versand: Verwenden sie Stoßüberwachungsetiketten (shock-watch labels) auf Versandkartons für empfindliche Baugruppen?

Entscheidungshilfe (Kompromisse, die Sie tatsächlich wählen können)

Ingenieurwesen ist die Kunst des Kompromisses. Hier sind die Kompromisse, die speziell für Falltestinstrumente gelten.

Starr vs. Starr-Flex
- Wenn Sie Signalintegrität und Kompaktheit priorisieren: Wählen Sie Starr-Flex. Es eliminiert Steckverbinder (eine Fehlerquelle) und ermöglicht die Platzierung von Sensoren auf engstem Raum.
- Wenn Sie Kosten und Geschwindigkeit priorisieren: Wählen Sie starre PCBs mit Kabeln. Es ist billiger und schneller herzustellen, aber Kabel führen zu Rauschen und mechanischer Schwäche.
ENIG vs. OSP Oberflächenveredelung
- Wenn Sie Sensorplanheit und Drahtbonden priorisieren: Wählen Sie ENIG. Es bietet eine flache, leitfähige Oberfläche, ideal für MEMS und Kontaktflächen.

Wenn Sie die Zuverlässigkeit der Lötstelle bei Stürzen priorisieren: Wählen Sie OSP. Es eliminiert die spröde Nickel-Gold-Grenzfläche, was oft zu einer besseren Überlebensrate bei Falltests für BGAs führt.

Underfill vs. Corner Bonding
- Wenn Sie maximale Überlebensfähigkeit priorisieren: Wählen Sie Full Underfill. Es verteilt die Belastung über die gesamte Bauteilfläche.
- Wenn Sie die Nachbearbeitbarkeit priorisieren: Wählen Sie Corner Bonding (Staking). Es sichert das Bauteil, ermöglicht aber eine einfachere Entfernung, falls der Sensor ausfällt.
Dicke vs. dünne Leiterplatte
- Wenn Sie die Platinensteifigkeit (weniger Biegung) priorisieren: Wählen Sie eine dickere Leiterplatte (2.4mm oder 3.2mm). Dies reduziert die Belastung der Komponenten, erhöht aber die Masse (was die Falldynamik beeinflusst).
- Wenn Sie die Nachbildung des Endprodukts priorisieren: Wählen Sie die Standarddicke (1.6mm oder 1.0mm). Dies stellt sicher, dass der Test die Realität widerspiegelt, auch wenn er das Risiko eines Komponentenausfalls birgt.
Eingebettete Kapazität vs. diskrete Kondensatoren
- Wenn Sie die Stromversorgungsintegrität bei Stößen priorisieren: Wählen Sie Materialien mit eingebetteter Kapazität. Sie ermöglichen eine sofortige Ladungslieferung ohne das Risiko eines Kondensatorbruchs.
- Wenn Sie die Kosten priorisieren: Wählen Sie diskrete MLCCs, aber verwenden Sie Soft-Termination-Typen und eine sorgfältige Platzierung.
Steckverbinder vs. gelötete Drähte
- Wenn Sie die Zuverlässigkeit priorisieren: Wählen Sie direkt gelötete Drähte mit Zugentlastung. Steckverbinder sind der häufigste Fehlerpunkt bei Falltests.

Wenn Sie Modularität priorisieren: Wählen Sie Verriegelungssteckverbinder (z.B. Molex Pico-Lock), aber validieren Sie diese separat.

Häufig gestellte Fragen

F: Welcher IPC-Standard ist der beste für Falltestplatinen? A: IPC-6012 Klasse 3 ist die Grundlage für hohe Zuverlässigkeit. Für die Testmethodik selbst verweisen Sie auf JEDEC JESD22-B111, den Industriestandard für die Qualifizierung von Falltests auf Platinenebene.

F: Kann ich Standard-FR4 für Hoch-G-Tests verwenden? A: Ja, Standard-FR4 wird häufig verwendet, aber "High-Tg" FR4 wird empfohlen, um das Ablösen von Pads während des Lötens zu verhindern und die mechanischen Eigenschaften bei extremen Temperaturen zu erhalten.

F: Wie verhindere ich, dass Kabel die Falltestergebnisse beeinflussen? A: Kabel erhöhen Masse und Luftwiderstand. Verwenden Sie feindrähtige Leitungen (30-32 AWG) für Sensorsignale und stellen Sie sicher, dass diese zu einem "Zugentlastungspunkt" an der Vorrichtung geführt werden und nicht direkt an der Leiterplatte ziehen.

F: Was ist ein "alternativer beschleunigter Lebensdauertest" in diesem Kontext? A: Ein alternativer beschleunigter Lebensdauertest (Accelerated Life Testing) geht über einfache Falltests hinaus. Er kombiniert Vibration, Temperaturzyklen und Vorspannung, um Ausfälle schneller herbeizuführen. Ihre Instrumentierungs-Leiterplatte muss robust genug sein, um diesen kombinierten Belastungen standzuhalten, nicht nur dem Aufprall.

F: Sollte ich bleifreies oder bleihaltiges Lot für die Instrumentierung verwenden? A: Während Verbraucherprodukte bleifrei sind (SAC305), bevorzugen viele Zuverlässigkeitsingenieure bleihaltiges Lot (SnPb) für Testinstrumente, da es duktiler und weniger anfällig für Sprödbruch bei Stößen ist. Überprüfen Sie jedoch die Einhaltung der Vorschriften für Ihre Region.

F: Wie beeinflussen die Anforderungen an die Feuchtigkeitsvorspannungsprüfung von PCBs die Materialwahl? A: Wenn Ihre Falltests in einer feuchten Umgebung stattfinden, müssen Sie sicherstellen, dass das PCB-Material eine geringe Feuchtigkeitsaufnahmerate (z. B. <0,15 %) aufweist und frei von ionischen Verunreinigungen ist, um elektrochemische Migration (Dendriten) unter Vorspannung zu verhindern.

F: Welche Rolle spielen Teardrops bei Falltest-PCBs? A: Teardrops fügen Kupfer an der Verbindungsstelle von Leiterbahn und Pad/Via hinzu. Diese Verstärkung verhindert, dass die Leiterbahn an der Verbindungsstelle reißt, wenn sich die Platine während des Aufpralls biegt. Sie sind für hochzuverlässige Designs obligatorisch.

F: Kann APTPCB beim Layout von Dehnungsmessstreifen helfen? A: Obwohl wir ein Hersteller sind, kann unser DFM-Team Ihr Layout überprüfen, um sicherzustellen, dass die "Keep-Out"-Zonen für Dehnungsmessstreifen in der Lötstopplackschicht korrekt definiert sind, um eine saubere Oberfläche für die Verklebung zu gewährleisten.

Angebot anfordern

Bereit, Instrumente zu bauen, die den Test überstehen? Fordern Sie noch heute ein Angebot von APTPCB an. Unser Ingenieurteam wird eine vollständige DFM-Überprüfung durchführen, um potenzielle Zuverlässigkeitsrisiken vor Produktionsbeginn zu identifizieren.

Um die genaueste DFM und Preisgestaltung zu erhalten, geben Sie bitte Folgendes an:

Gerber-Dateien: RS-274X-Format.
Fertigungszeichnung: Einschließlich Lagenaufbau, Bohrtabelle und spezieller Hinweise (z.B. "Klasse 3 Beschichtung").
Bestückungszeichnung: Falls eine PCBA erforderlich ist, kennzeichnen Sie deutlich die Underfill-Positionen und die Sensorausrichtung.
Stückliste (BOM): Mit Herstellerteilenummern für alle kritischen Sensoren und Steckverbinder.
Testanforderungen: Geben Sie an, ob Sie TDR-Berichte oder spezifische ionische Reinheitsgrade benötigen.

Fazit

Erfolgreiche Falltest-Instrumentierung geht über die bloße Datenerfassung hinaus; es geht darum, diesen Daten zu vertrauen. Durch die Auswahl der richtigen Materialien, die Verstärkung kritischer Merkmale wie Vias und Pads und die Validierung des Herstellungsprozesses stellen Sie sicher, dass Ihre Testausrüstung niemals das schwächste Glied ist. Ob Sie ein neues Smartphone oder eine Luft- und Raumfahrtkomponente validieren, die Leiterplatte ist die Grundlage Ihrer Zuverlässigkeitsstrategie. Befolgen Sie die Spezifikationen, managen Sie die Risiken und arbeiten Sie mit einem Hersteller zusammen, der die Physik des Versagens versteht.