Was ist der PIND-Test?

Befinden sich in den von Ihnen verwendeten elektronischen Geräten mikroskopisch kleine Partikel , die deren Funktion beeinträchtigen können?

Diese Frage haben Sie sich wahrscheinlich noch nie gestellt

Zum Glück gibt es solche Leute, die das für Sie erledigen.

Heute sprechen wir über den PIND-Test, den Partikelstoßlärm-Detektionstest.

Wozu dient der PIND-Test?

Für den Laien mag das seltsam klingen, aber eine häufige Ursache für Fehlfunktionen elektronischer Geräte – insbesondere in extremen Umgebungen – ist die Verunreinigung von Schaltkreisen durch mikroskopisch kleine Partikel.

Diese mikroskopischen Partikel können unterschiedlicher Art und verschiedene Ursprünge haben: 

• Produktionsrückstände: Hierbei handelt es sich um Rückstände von Materialien wie Klebstoffen, Lösungsmitteln, Harzen, Schmierstoffen und Wärmeleitpaste.

• Umweltbedingte Verunreinigungen: Staub, Fasern, Haare und andere Verunreinigungen, die während der Montage in das Gerät gelangten. 

• Geräteverschleiß: Geräteverschleiß kann auch Schäden verursachen, die das Eindringen von Feststoffpartikeln in die Schaltkreise ermöglichen.

Der PIND-Test dient dazu, das Vorhandensein dieser mikroskopischen Partikel im Inneren eines zu testenden Geräts zu überprüfen.

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So funktioniert der PIND-Test

Der PIND-Test wird durchgeführt, indem mehrere Partikel bekannter Größe in das elektronische Gerät oder Bauteil eingeführt und dieses physikalischen oder elektrischen Vibrationen ausgesetzt werden. 

Beim Auftreffen auf die Partikel entstehen Geräusche , die von einem hochempfindlichen Mikrofon aufgezeichnet werden und so das Vorhandensein anderer Fremdpartikel in der zu untersuchenden Probe aufdecken. 

Der PIND-Test wird in einer isolierten und kontrollierten Umgebung, die auch die realen Einsatzbedingungen des betreffenden Geräts simulieren kann.

Je nach Verwendungszweck dieser Geräte kann die Umgebung eine Thermo-Vakuum-Kammer, eine Druckkammer oder sogar eine Klimakammer sein.

Welche Sektoren sind am PIND-Test beteiligt?

Der PIND-Test betrifft nicht nur Unterhaltungselektronik, sondern vor allem zwei Sektoren, in denen elektronische Bauteile starken Belastungen und unkonventionellen Umgebungen ausgesetzt sind: die Luft- sowie die Rüstungsindustrie.

Die wichtigsten internationalen Normen , die den PIND-Test regeln, sind tatsächlich MIL-STD-750 Methode 2052 und MIL-STD-883, Methode 2020, die beide militärischen Geltungsbereich haben.

PIND-Test und Klimakammern

Wie erwartet, muss der PIND-Test in isolierten Umgebungen durchgeführt werden, in denen es möglich ist, bestimmte Parameter zu kontrollieren , um die tatsächlichen Umgebungsbedingungen bei der Verwendung des Geräts zu simulieren.

Aus diesem Grund Klimakammern im PIND-Test eine ergänzende Rolle, um das Verhalten des Geräts bei bestimmten Temperatur- und Feuchtigkeitswerten, die auch extreme Schwellenwerte erreichen können.

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Die FDM-Umweltkammer ist das ideale Instrument zur Durchführung von Klimatests, die den PIND-Test ergänzen, da sie so konzipiert ist, dass sie extreme Umweltbedingungen nachbildet.

Tatsächlich können Temperaturen zwischen  -70 °C und +180 °C und eine relative Luftfeuchtigkeit von bis zu 98 % erreicht werden .

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Referenzstandards

• MIL-STD-883 Methode 2020 — Test zur Erkennung von Partikelaufprallgeräuschen (PIND)
• MIL-STD-750 Methode 2052 — PIND für Halbleiterbauelemente
• ESCC 20200 — Test zur Erkennung von Partikelaufprallgeräuschen (Europäische Koordinierungsstelle für Weltraumkomponenten)
• JEDEC JESD22-B107 — Interne Partikelanalyse von abgedichteten Bauteilen
• MIL-PRF-38535 — Allgemeine Spezifikation für integrierte Schaltungen (Screening-Anforderungen)

Autoritative Quellen

• MIL-STD-883 Testmethodenstandard.
• ESCC – Europäische Koordinierungsstelle für Weltraumkomponenten.
• JEDEC – Gemeinsamer Rat für die Entwicklung elektronischer Bauelemente.

Häufig gestellte Fragen zum PIND-Test

Was ist der PIND-Test und was kann er nachweisen?

PIND (Partikelaufprallgeräuschdetektion) detektiert frei schwebende Partikel in hermetisch abgedichteten Hohlräumen – typischerweise Keramik- oder Metallgehäuse von Mikroschaltungen, hermetischen Relais und Komponenten für die Luft- und Raumfahrt. Die Komponente wird mit einer kalibrierten Vibration (Stoß + sinusförmiger Durchlauf) angeregt, während ein hochempfindlicher piezoelektrischer Sensor die Partikelaufpralle auf die Wand erfasst. Selbst ein 25 µm großes Partikel erzeugt einen akustischen Peak, der sich vom Hintergrundrauschen abhebt.

Warum stellen freie Teilchen ein Problem dar?

In hochzuverlässigen Komponenten (Satelliten, Avionik, Medizingeräte) können lose leitfähige Partikel (Bindemetallfragmente, Prozessrückstände, Keramikspäne) intermittierende Kurzschlüsse . Ein Kurzschluss im Orbit oder im Flug kann zum Verlust der Mission führen. PIND ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren: Intakte Komponenten bestehen die Prüfung ohne Beschädigung, während solche mit nachweisbaren Partikeln aussortiert werden. Die typische Ausschussrate liegt bei 0,1–2 % in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Wie führt man einen PIND-Test durch?

MIL-STD-883 Methode 2020 – Vorgehensweise: (1) Vorprüfung mit einem Stoß von 1500 g für 0,5 ms zum Ablösen anhaftender Partikel; (2) Sinusförmige Vibration (60–80 Hz) mit 10–25 g für 3 Zyklen à 2–3 Sekunden; (3) Messung mit einem Piezosensor ; (4) Verstärkung und Filterung des Frequenzbandes von 150–160 kHz; (5) Automatische Erkennung von Spitzenwerten oberhalb des Schwellenwerts von 50 mV bezogen auf den Rauschpegel. Prüfdauer pro Bauteil: 5–15 Sekunden.

Welche Komponenten erfordern zwingend PIND?

PIND-Screening ist für Geräte der Klassen S (Weltraum) und B/Q (militärisch) obligatorisch : hermetische Mikroschaltungen nach MIL-PRF-38535, Dioden/Transistoren nach MIL-PRF-19500, hermetische Relais nach MIL-PRF-39016 und Quarzoszillatoren. Für Bauteile der Klasse N (kommerziell) und kunststoffgekapselte Komponenten ist es nicht erforderlich. Einige kritische Programme (Navigation, Raketen) erfordern ein doppeltes PIND -Screening mit 100 % Vor- und Nachbrennprüfung, um während der Belastungstests entstehende Partikel aufzufangen.