the Institute of Failure Analysis

כרטיס אלקטרוני - האם כשנגרם נזק אפשר לשקם ? ואיך ?

כרטיס מזוהם - לפני טיפול

באחד השלבים האחרונים של ייצור כרטיסים אלקטרוניים הם מוטרחים לנסויי עמידות להשפעת מחזורי טמפרטורה באווירה רגילה. במהלך אחת הבדיקות התעורר חשד לתקלה בתנור במחזור שבו הטמפרטורה היתה נמוכה מ- 0°C.
כתוצאה מחשש זה נבדקו הכרטיסים ונתגלה כי מגעונים של רכיבי הכרטיסים נפגעו. היצרן ביצע בזוג כרטיסים נסיונות שיקום המבוססים על ההנחה כי הם נחשפו לטמפרטורה נמוכה ולכם התעבו עליהם מים. למעבדה נתקבלו כרטיס אחד ולוח הבסיס שעליו הוא מורכב, על מנת לגלות את גורם הנזק. בבדיקה אופטית באמצעות סטריאוסקופ בהגדלה X50 נתגלה כי לוח הבסיס העשוי אלומיניום מכוסה במשקעים לבנים באופן בלתי אחיד ובמיוחד מכוסה הקף הלוח. הנזק לרכיבים האלקטרוניים מתבטא בפגיעה בפני המגעונים אשר גם מכוסים במשקעים לבנים. בוצעה אנליזה כימית של המשקעים על פני הפלטה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק ונתגלה כי בהרכב הכימי שלהם מצוי כלור בכמות גבוהה מאוד המאפיין חשפיה לנוזל המכיל כלור ולא עיבוי של מים. מתוצאות הבדיקה עולה כי שיטת הניקוי שיישם היצרן בנסיון לשקם את הכרטיסים אינה מתאימה ואיננה אפקטיבית; מפאת הזמן הארוך שעבר המועד הנזק עד למועד הבדיקה השיקום כבר היה לא כדאי והנזק הכללי הגיע לכדי 50,000 $.

האם הליקוי בכרטיס האלקטרוני או ברכיב?

צילום רנטגן (מיקרופוקוס) של הרכיב

במהלך ייצור סדרתי של מעגלים, ארעה תקלה במכונה ובהמשכה אף פרצה אש במתקן.
בבדיקה לאחר הכיבוי, זוהה בסל הכרטיסים האלקטרוניים המרכזי של המכונה אזור קצר/חימום ממוקד. הכרטיס שניזוק ביחד עם כרטיס דומה, תקין, נבחנו במעבדה באופן יסודי.
על מנת לשמר את מירב הנתונים בטרם פירוק המוצר, בוצע צילום רדיוגרפי מיקרוסקופי (מיקרופוקוס). באמצעות בדיקה זו אותרו הפינים בהם ארע הכשל בתקע המחבר. בהמשך, בוצע בדיקה מטלוגרפית על פי תקני IPC שעניינה חיתוך המחבר בניצב לנזק ובחינת התופעות המיקרוסקופיות.
נמצאו תופעות שונות של נזק לפיני המחבר כגון: סידוק בלחם (solder) וחדירת פין לתוך עמודתו בהטייה.
המסקנה הנובעת מהבדיקה הייתה כי ליקוי נקודתי במחבר גרם לסטיה באופן חדירת של הפין ללוח וכך נוצרה קשת מקומית שגרמה לקצר.

חיווט "קפדני" ניתק את בקר מערכת צבאית

החוט מבודד מבלי שהוסר הבידוד

במהלך ניסוי הרצה של מערכת פיקוד אותרה תקלה ביחידת הבקרה של אותה מערכת. מדידת האותות החשמליים של קווי החיווט השונים זיהתה את מיקום התקלה כנתק בפין שבתוך מחבר פינים חשמלי,הכולל 18 פינים. מהות הנתק והגורם לה לא זוהו ועל-כן נדרשה בדיקה מעבדתית לאפיונה.
המחבר הנו גליל פלסטי שבו 3 טבעות פינים קונצנטריות. בשלב ראשון בוצעה בדיקה לא הורסת (Non-Destructive) בשיטת צילום רדיוגרפי מיקרוסקופי (מיקרופוקוס). הבדיקה שיקפה את המחבר בהיטל צד אך מאחר והפינים חופפים במיקומם נוצר מיסוך מקומי שמנע אפשרות לזיהוי הליקוי והתקלה. בכל מקרה, הוכח כי לא קיים נתק בין החיווט החשמלי לבין הפינים.
לכן, הוחלט לחשוף את האזור בו ממוקם הפין המנותק בבדיקת הורסת מסוג מטלוגרפיה, שבמהלכו ניצק המחבר הנבדק בדגם העשוי שרף פולימרי ועליו מבוצע ליטוש מבוקר. תהליך הליטוש חשף במקביל לפין שכשל פין תקין.
כך, נתגלה מבנה פין אופייני - צורתו כמעין צינורית חלולה משני צידיה. בפין שכשל הובחן בצד החיווט כי קיים מילוי הלחמה חלקי בהשוואה לפין התקין שלידו. כמו-כן התגלה כי החוט שכביכול "מנותק" הולחם לתוך הפין כשהוא מכוסה עדיין בעטיפת הבידוד המקורית שלו…
כך נמצא כי הנתק לא אירע עקב נתק פיזי בהלחמה, אלא בעת שלב חיבור החוטים.
המלחים שכח לקלף את בידוד החוט…

התלקחות חוטי חשמל גרמה לשרפת רכב

קובץ כבלי חשמל שרופים כפי שנתקבלו למעבדה

במהלך נסיעה ברכב מסחרי התלקחה לפתע אם שגרמה לשריפת הרכב כולו. מאחר ומוקד האש זוהה בחלקו הקדמי של הרכב אותו מקבץ חיווט חשמלי שנחשד כגורם לאירוע וזה הועבר למעבדה. במעבדה נעשה מיון של החיווט לפי סוגי הכבלים עפ"י עוביים. כל הכבלים נתקבלו כשהם ללא בידוד ומכוסים במשקעים שחורים וצבעוניים ובחלקם אף נדבקו זה לזה לאורך מקטעים שונים.
באחד מסוגי הכבלים נמצאו בנוסף גם סימני התכת חומר לאורך מקטע ארוך באזור משותף לכבלים וכן נמצאו שקערוריות דמויות יתד באזורים המותכים.
ככלל, הקצר החשמלי מתרחש בכבלים באזורים ממוקדים ולכן צפוי כי התכת חוטים והריתוך ההדדי בגלל קצר חשמלי יתרחש אף הוא באזורים ממוקדים. בכבלים שנבדקו אכן נמצאו שקערוריות דמויות יתד אשר דומות למוקדי קצר חשמלי בעיקר על כבלים המכילים 49 גידים.
על פי הבדיקה החזותית והמיקרוסקופית (בהגדלה 50X ) של הכבלים נמצאו סימני התכה לסירוגים לאורך מקטעי כבל ארוכים ואלו מאפיינים מצב בו הכבל נחשף לאש ולא הותך כתוצאה ממעבר מתח חשמלי בו.

האם קורוזיה גרמה לכשל הרכיב אלקטרומכני ?!

הסדק בנקודת הכיפוף של הפח (כל השאר דימיון...)

רכיב קריטי במערכת אלקטרומכנית הוחזר מלקוחות בטענה של פגם פנימי. המערכת קיימת ומתפקדת מזה כ- 15 שנה ורק בשנתיים האחרונות דווח על תקלות של נתק חשמלי. מסקירה לאחור שערך היצרן הוא מצא כי השינוי העיקרי שנעשה בתהליך הייצור הוא החלפת המפעל שביצע את ציפוי הזהב לרכיב. היצרן התעורר, לפיכך, חשד כי קורוזיה שהתפתחה במוצר עקב ליקוי בציפוי גרמה לתקלה.
20 פריטים פורקו, זוהו כימית ונבחנו מטלורגית - בכל מקרה שברכיב נמצאה קורוזיה, אפשר היה להסביר שינויים במוליכות/התנגדות החשמלית אך לא נתק. במקביל לאיתור תופעות קורוזיה נחשפה בבדיקה המיקרוסקופית תופעה של סידוק ושבר בקוי ההולכה החשמליים (ראה תמונה). בבדיקה במיקרוסקופ אלקטרוני של סדקים שנפתחו במעבדה נמצאו על פני הסדק עקבות ציפוי. משרטוט הייצור נמצא כי בעת התכנון היצרן לא נתן דעתו להווצרות
פינות חדות וכיפופים בתיילים החשמליים. כתוצאה מכך בעת שהיצרן כופף את התיילים ובטרם הציפוי נוצרו בתיילים סדקים שהתפתחו לשברים. בהמשך לבדיקת המעבדה בדק היצרן את תהליך הייצור ומצא כי הטבע שבאמצעותו מיוצרות לוחיות ההולכה החשמליות הצורתיות פגום ובעת הטבעת הצורה הוא יוצר פינות חדות וסידוק. פעולות התיקון שביצע היצרן הינן החלפה מיידית של הטבע ותכנון מחדש של גיאומטריה הלוחית כך שיווצרו פינות מעוגלות.
התקלה נבדקה בשנת 1997 - המוצר פועל עד כה ללא תקלות.

מתכנני המארז האלקטרוני שכחו את הסביבה הקורוזיבית

עקומה פוטנציודינמית (התנהגות הקורוזיבית) של המארז

בתוך משדר אשר נתון במארז העשוי מנתך אלומיניום ומורכב מצמד מכסים אשר מחוברים לגוף ע"י ברגים העשויים מפלדה בלתי-מחלידה (פלב"מ או נירוסטה) נמצאו משקעים דמויי אבקה לבנה. נמסר כי המערכת הותקנה על גבי מבנה בסמוך לים אך מבחינה תכנונית נלקחה אפשרות זו בחשבון. לאחר פירוק המכסים במעבדה נמצא כי המשקעים התרכזו מסביב לקדחים ועל תבריגי הברגים. בבדיקות כמותיות בשיטת SEM/EDX באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק זוהו המשקעים כתחמוצת אלומיניום אשר מכילים כמות מועטה של כלור.
ניסויים אלקטרוכימיים שבוצעו באמצעות פוטנציוסטט וכללו בדיקות פוטנציו-סטטיות ופוטנציו-דינמיות הראו כי בגוף המצוי בסביבה לחה המכילה ולו מעט כלור ובגוף באים במגע שני חומרים, נתך אלומיניום ופלב"מ, קיים הפרש פוטציאלים בינהם וכתוצאה מכך נוצר זרם גלווני שבעקבותיה מתמוסס האלומיניום לתחמוצת בצורת אבקה.
המבנה ההדוק של מכסה המארז אל הגוף איפשר בתחילה התפתחות של קורוזית נקיקים (Crevice Corrosion) במרווח הצר שבין שפות המארז. מנגנון זה הרס את שכבת הפסיבציה הטבעית הנוצרת על פני האלומיניום. חדירת לחות המכילה כלור איפשרה בהמשך את התהוות מנגנון הקורוזיה הגלוונית שכתוצאה ממנה האלומיניום מתמוסס ומתחמצן.
מסיבות מעשיות הפתרון נסב על מניעה מיידית ושיפור ארוך טווח. הפתרון המיידי נשען בעיקר על ניקוי ואטימה ואילו השיפור ארוך הטווח התייחס בעיקר לבחירת חומרים ואופני אטימה.

בית מנוע שבור של אופנוע -

הזרוע השבורה

אופנוע מסוג שטח נתקבל במוסך כאשר מכלול בית המנוע פגוע. בפירוק נמצא כי מושב רגלית ההתנעה שבור לחלקים. מאחר והאופנוע היה בשימוש 6 חודשים בלבד חשד בעל הכלי כי קיים ליקוי בחומר בית המנוע. לבדיקה התקבל בית המנוע על 3 חלקיו ללא רגלית ההתנעה וללא חלקיו המכניים האחרים. בחינת שברי הבית באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק מצאה כי כל השברים נוצרו תחת חבטה של עומס יתר חד פעמי. בדיקת מבנה החומר (מטלוגרפיה) לא מצאה פגמים או ליקויים בחומר. לבקשתנו הועברו למעבדה גם החלקים הפנימיים של המנוע, כולל רגלית ההתנעה. בבבדיקה מיקרוסקופית בהגדלה X20 נמצאו על ציר הרגלית סימני מעיכה ופגיעה. מן האמור לעיל, קבעה חוות דעתנו כי האופנוע נפגע פגיעה רוחבית שהיא אפשרית רק כתוצאה מנפילה וכתוצאה מכך נשבר הבית. לא מצאנו כל ליקוי במוצר.

<<< 4 3 2 1