METALLOGRAFIA
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ANALISI METALLOGRAFICA
La scienza che osserva la struttura interna di un materiale
Le analisi metallografiche servono per comprendere le caratteristiche chimiche, fisiche, meccaniche e tecnologiche dei materiali metallici, per valutare l’influenza delle condizioni di esercizio sul comportamento dei materiali, per controllare la corrispondenza di un materiale alle specifiche richieste e per riconoscere eventuali anomalie ed individuarne le cause.
La metallografia è la scienza che si propone di osservare la struttura interna di un materiale, studiandone la morfologia cristallina; le informazioni ottenute dall’analisi metallografica permettono di verificare e controllare lo stato del materiale.
PRINCIPALI PROVE EFFETTUATE
Le prove metallografiche.
Micro-sezioni Metallografiche
L’analisi metallografica mediante cross section è un’indagine di tipo distruttivo che consente di verificare la corretta costruzione del circuito stampato, verificando lo spessore del rame negli strati interni e sulla superficie, la corretta applicazione del solder mask, la metallizzazione dei fori interni e la qualità della foratura del circuito.
Il campione viene sezionato ed inglobato in una resina apposita; quindi attraverso ulteriori lavorazioni meccaniche e, in ultimo, la lappatura della superficie da analizzare viene osservato mediante microscopia ottica.
Test method: IPC TM 650 2.1.1 (Micro sectioning, Manual method)
Analisi al microscopio ottico
La microscopia ottica è il metodo di indagine fondamentale per l’analisi strutturale dei materiali; questa tecnica risulta particolarmente efficace per lo studio delle anomalie da trattamento termico, per la valutazione delle inclusioni, per l’interpretazione delle rotture e per la valutazione delle saldature e dei rivestimenti.
Norme Tecniche: IPC A-600 (Acceptability of Printed Boards), IPC A-610 (Acceptability of Electronic Assemblies), IPC 6012 (Qualification and Performance Specification for Rigid Printed Boards)
SEM (Scanning Electron Microscope) – EDX (Energy Dispersive X-Ray) Spectroscopy
Il Microscopio Elettronico a Scansione, comunemente indicato con l’acronimo SEM, è un tipo di microscopio che permette un’indagine morfologica ad alti ingrandimenti.
Con il termine Spettroscopia EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) si indica una metodica analitica strumentale il cui funzionamento è basato sull’interazione tra un fascio di elettroni primari focalizzati che colpisce il campione e gli elettroni degli atomi che costituiscono il campione stesso.
L’utilizzo congiunto delle due tecniche permette di correlare la caratterizzazione morfologica (SEM) con quella composizionale (EDX) e fornisce uno strumento per la comprensione della composizione della struttura dei materiali.
Solderability Test
Il test di Saldabilità sui circuiti stampati è eseguito sulla base dello standard IPC J-STD-003, che descrive i procedimenti e i metodi per determinare i criteri di accettabilità della bagnabilità della finitura superficiale delle schede.
Attraverso questo metodo, è possibile valutare la saldabilità di:
– Conduttori superficiali;
– Punti di fissaggio;
– Plated-through holes (PTHs) di circuiti stampati.
Il test di Saldabilità dei componenti viene, invece, eseguito sulla base dello standard IPC J-STD-002, che stabilisce i metodi di prova, definisce i difetti ed i criteri di accettabilità per la valutazione della saldabilità di terminali, cavi flessibili. Questa prova serve per verificare che la saldabilità dei terminali (lead) dei componenti sia conforme ai requisiti stabiliti nello standard.
Test method: IPC J-STD-002 (Solderability Tests for Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires), IPC J-STD-003 (Solderability Test for Printed Boards)
Peel Strenght Test
Il Peel Strenght Test viene generalmente usato per misurare la forza di adesione di un materiale, tipicamente un adesivo.
Tramite questa prova è possibile determinare le caratteristiche di peeling comparativo o forza di strappo di legami adesivi, testati su provini di dimensioni specifiche ed in condizioni definite di pretrattamento, temperatura e velocità della macchina di prova.
Test method: IPC TM 650 2.4.8C (Peel Strength of Metallic Clad Laminates)
Solder Float Test
Questo test viene effettuato sui PTH (Plated-Through-Holes) con l’obiettivo di determinare se i PTH riescono a sopportare gli effetti termodinamici del calore estremo a cui possono essere esposti durante le fasi di assemblaggio, rilavorazione o riparazione.
Test method: IPC TM-650 2.6.8 (Thermal Stress, Plated-Through Holes)
Dye&Pry Test
La tecnica di analisi Dye&Pry è una prova distruttiva che viene utilizzata qualora sia impossibile risolvere un problema con l’ispezione ottica (per esempio, in caso di difetti troppo piccoli).
Questa tecnica si basa sull’utilizzo di un colorante liquido, che penetra nelle microfessure esistenti nelle saldature. Una volta che il liquido si è asciugato, i componenti elettronici (BGA, condensatori, resistenze, etc) vengono rimossi dalla PCB e le saldature vengono ispezionate; la presenza del colorante rivela le aree problematiche a livello di connessioni di tutte le interfacce presenti.
Test method: Internal Method
X-Ray (Analisi difetti 2D e 3D)
L’analisi di schede elettroniche con Raggi X è una tecnica non distruttiva che permette di individuarne e valutarne eventuali guasti e/o difetti a livello di open, voids, Solder Ball e rotture nelle saldature. Inoltre, tale prova permette di verificare la corretta saldatura di componenti e di intercettare eventuali vuoti di saldatura.
L’analisi X-Ray permette di individuare fattori che potrebbero non essere notati con una semplice ispezione visiva. La valutazione può essere eseguita sia sotto forma di presentazioni 2D orientate sia sotto forma di viste volumetriche 3D.
Norme Tecniche: IPC A-610 (Acceptability of Electronic Assemblies), IPC 7095 (Design and Assembly Process Implementation for BGAs).
