Bei Gesprächen und Besuchen in zahlreichen Elektronikfertigungswerken in den USA haben wir wiederholt Unzufriedenheit über die Genauigkeit von Porositätsmessungen gehört. So wurde angegeben, dass es aufgrund feinerer Pitches, komplexer Bauteile und Baugruppen nicht möglich sei, Fehler in hochdichten, doppelseitigen Platinen zu erkennen. Trotz des allgemeinen Trends zur Mikrochip-Miniaturisierung fertigen viele der von uns betreuten Hersteller nach wie vor sehr große PCBs. Da ihre Produkte im Hinblick auf höchste Leistung optimiert werden, arbeiten viele EMS-Dienstleister noch mit veraltetem Equipment, das lediglich vage, minderwertige Bilder liefert. Aus diesem Grund bestehen Produkte Qualitätsprüfungen nicht mehr und eignen sich daher nicht mehr für Endkunden, die diese Komponenten in kritische Endprodukte – häufig in der Medizintechnik, der Kommunikation, der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie – integrieren. Sowohl kleine als auch große Elektronikfertiger riskieren, minderwertige Produkte herzustellen, wenn sie ihre Produktqualität nicht zuverlässig verifizieren können.

In der Elektronik gibt es verschiedene Bauteile mit „versteckten“ oder „bodenkontaktierten“ Lötstellen. Dazu gehören Lötstellen von BGA (Ball Grid Array), LGA (Land Grid Array), QFN (Quad Flat No Leads) und IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor). Ungeachtet ihrer unterschiedlichen Bauformen neigen all diese Bauteile zu Lötstellenporen und anderen Fehlern wie unzureichender Benetzung, „Head-in-Pillow“-Effekten sowie Unterbrechungen und Kurzschlüssen.

Bei SMT-Bauteilen wie Widerständen, Kondensatoren und QFPs (Quad Flat Packages) lassen sich Lötstellen per AOI inspizieren. Bei „versteckten“ Bauteilen ist dies jedoch nicht möglich, da sich die Lötstellen direkt zwischen Bauteil und Platine befinden und oft nur wenige Mikrometer dick sind. Überlagern diese Lötstellen andere Pads auf der Rückseite einer Platine, führt dies zu Bildüberlagerungen, die eine klare Auswertung der Lötstellen verhindern.

Abb. 1: LGA-Pads (größere rechteckige Form unterhalb der Bildmitte)

Aufgrund dieses Marktanforderungen haben wir nachfolgend einige verbesserte Methoden und Analysetools beschrieben, die zusammenarbeiten, um eine präzisere Lunkermessung an kritischen Grenzflächen als bisher zu ermöglichen. 

Erstens ist die Computerlaminografie (CL) ein Röntgenverfahren, das effektiv einen virtuellen Querschnitt für eine einzelne oder mehrere Schichten in einem Bauteil liefert, meist an der Grenzfläche zwischen Platine und Bauteil. Im Vergleich zur CT (Computertomografie) ermöglicht die CL die Datenerfassung, indem das Objekt um dieselbe Achse gedreht wird, in die der Strahl gerichtet ist. Dadurch kann die Röntgenquelle sehr nah an die Leiterplatte herangeführt werden. Abhängig von der Leiterplattengröße kann der Anwender einen kleinen Bereich mit einer wesentlich höheren Auflösung zoomen, als dies bei einer CT-Scannung desselben Objekts möglich wäre, ohne es von der Leiterplatte zu trennen. Diese Flexibilität erlaubt es dem Anwender, stufenlos auf eine für die zu prüfenden Merkmale geeignete Auflösung zu zoomen.

Das resultierende Volumen kann als einzelne Schichten, Schnitte oder als gesamtes Volumen analysiert werden. Schichten lassen sich dank des reduzierten Hintergrundrauschens in diesem Bild schnell und präzise auswerten.

Abb. 2: LGA-Lötgrenzfläche

ProInsight Void Inspect CL, unsere softwaregestützte Porenprüfsoftware auf Basis von Dragonfly, führt den Anwender durch den Prozess der Definition des Messbereichs am tatsächlichen Querschnitt der Lötstelle und nicht nur an der vom CAD geschätzten Position des Pads. Anschließend lässt sich der Schwellenwert anpassen, um die Poren zu definieren. Ist dieser Prozess einmal an einem oder mehreren Bildern eingerichtet, kann er als Prozess gespeichert und automatisch wieder aufgerufen werden. Nach der Definition läuft dieser Prozess selbstständig ab, und die Daten lassen sich im Hinblick auf akzeptierte und fehlerhafte Pins überprüfen. Alternativ können die Daten exportiert werden, damit das Prozessingenieurteam sie in seinem Qualitätssystem detaillierter analysieren kann.

Abb. 3a: Automatische Pad-Erkennung

-> Abb. 3b: Automatische Poren erkennung

-> Abb. 3c: Liste des Porenanteils in % mit Gut/Schlecht-Kriterien

Für diese LGA-Pins und andere Lötstellen wurde bestätigt, dass die Kombination aus dem hochwertigen Röntgenbild und diesen Prüfalgorithmen zu extrem wiederholgenauen und präzisen Porenmessresultaten führt.

Wir freuen uns auf künftige Erkenntnisse und den Austausch über diese fortschrittlichen Prüfwerkzeuge, die in partnerschaftlicher Zusammenarbeit zwischen Comet Yxlon und Dragonfly – beides Unternehmen der Comet Group – entwickelt werden. Für weitere Informationen zu ProInsights Void Inspect CL folgen Sie diesem Link.