Ein selbstbalancierender Roller fing während des routinemäßigen Ladevorgangs Feuer. Die forensische Analyse mittels 3D-Röntgen mit einem Nikon-CT-Gerät und der Dragonfly-Software deckte die Grundursache auf: einen Kurzschluss zwischen den inneren Schichten der Leiterplatte (PCB). Die Kupferbahnen, die mit unzureichendem Abstand konstruiert wurden, erzeugten einen Lichtbogen, der zu einer lokalisierten Überhitzung führte und die thermische Katastrophe auslöste.
Fehlerhafte Mikrofertigung: Das Problem der zu dicht beieinander liegenden Leiterbahnen 🔥
Die volumetrische Rekonstruktion der Leiterplatte in Dragonfly ermöglichte es, den genauen Fehlerpunkt zu visualisieren. Beim Import des Modells in Altium Designer wurde bestätigt, dass das ursprüngliche Design die Mindestabstandsregeln zwischen den Leitern für die Betriebsspannung verletzte. Dieser DFM-Fehler (Design for Manufacturing) schuf eine Zone hoher Stromdichte. Die 3D-Thermosimulation zeigte, dass sich ohne geeignete dielektrische Barrieren zwischen den Schichten die durch den Kurzschluss erzeugte Wärme in einem kritischen Bereich konzentrierte. Das in Blender gerenderte 3D-Modell des Gehäuses zeigte das Fehlen thermischer Barrieren zwischen der Platine und den Lithiumzellen. Dieses Design ermöglichte es, dass die Temperatur des Kurzschlusses die Wärme direkt an das Batteriepaket weiterleitete und die Kettenreaktion des Brandes auslöste.
Lehren für das Design von Halbleitern und Leiterplatten ⚡
Dieser Vorfall unterstreicht die Bedeutung von Abstandsregeln und der Signalintegritätsanalyse bei der Mikrofertigung von Steuerplatinen. Der Abstand zwischen Leiterbahnen ist nicht nur ein elektrischer Parameter; er ist eine thermische Sicherheitsbarriere. Werkzeuge wie Altium Designer ermöglichen es, diese Szenarien vor der Produktion zu simulieren und Risikobereiche zu erkennen. Das Ignorieren von DFM-Regeln zur Kosten- oder Größenreduzierung der Leiterplatte gefährdet nicht nur die Funktionalität des Halbleiters, sondern kann, wie in diesem Fall, ein alltägliches Gerät in eine Zündquelle verwandeln.
Ist es möglich, Zwischenschichtkurzschlüsse in mehrschichtigen Leiterplatten mittels 3D-Röntgen ohne zerstörenden Querschnitt zu erkennen, und wenn ja, welche Scanparameter sind entscheidend, um einen Kurzschluss von einer Kupferdickenvariation in der Fehleranalyse von Hochdichtegeräten wie Hoverboards zu unterscheiden?
(PS: Die 180nm sind wie Relikte: je kleiner, desto schwerer mit bloßem Auge zu erkennen)