Fehlererkennung Qualität in 200-facher Vergrößerung

Autor / Redakteur: Martin Ortgies * / Franz Graser

Mit einem digitalen Messmikroskop mit 200-facher Vergrößerung kommt der Elektronikfertiger Ihlemann vielen Problemen wie Verunreinigungen oder fehlerhaften Durchkontaktierungen auf die Spur.

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Messmikroskop: "Mit dem bloßen Auge nicht erkennbare kleine Mängel können große Auswirkungen haben. Das Messmikroskop hilft, solche Mängel frühzeitig zu erkennen", berichtet Andreas Monke, Leiter Qualitätsmanagement bei Ihlemann.
Messmikroskop: "Mit dem bloßen Auge nicht erkennbare kleine Mängel können große Auswirkungen haben. Das Messmikroskop hilft, solche Mängel frühzeitig zu erkennen", berichtet Andreas Monke, Leiter Qualitätsmanagement bei Ihlemann.
(Bild: Ortgies)

Wenn Elektronikbaugruppen nach kurzer Zeit ausfallen, ist die Ursache oft unklar. Verborgene Fehler in Lötstellen, fehlerhafte Durchkontaktierungen oder Verunreinigungen durch Lack- oder Vergussrückstände sind mit dem bloßen Auge oft nicht erkennbar. Mit einem digitalen Messmikroskop mit 200-facher Vergrößerung kommt die Ihlemann AG vielen dieser Fehler auf die Spur.

In der Elektronikfertigung tauchen ja viele Fragen auf: Sind die Abmessungen des zugelieferten Elektronikbauteils noch innerhalb der Vorgaben? Entsprechen die Kupferschichten der Leiterplatte dem vorgegebenen Standard IPC-A-600? Befindet sich eine eventuelle Delamination noch im Rahmen der IPC-Grenzwerte? Das Messmikroskop liefert beim EMS-Dienstleister Ihlemann bei der Wareneingangsprüfung, bei der Dokumentation von Reklamationsfällen und bei Qualitätstests der eigenen Fertigung die Messwerte bis auf den Mikrometer genau.

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Exakte Qualitätsdaten und dreidimensionale Bilder

Das Messmikroskop sorgt dank der bis zu 200-fachen Vergrößerung bei der Qualitätssicherung für exakte Daten. Sie stehen anschließend für die Dokumentation oder für weitere Visualisierungen digital zur Verfügung. Für genauere Analysen kann auch eine 3-D-Darstellung hilfreich sein. Dafür fährt der Schrittmotor des Mikroskops das Objekt in 5-µ-Schritten ab und stellt automatisch aus mehreren hundert Teilbildern ein hochauflösendes Komplettbild zusammen.

„Das 3-D-Objekt lässt sich beliebig drehen, von allen Seiten betrachten, genau ausmessen und über eine Falschfarbendarstellung lassen sich auch kaum erkennbare Details sichtbar machen“, berichtet Andreas Monke, Leiter Qualitätsmanagement bei Ihlemann.

Qualitätssicherung für den Wareneingang

Die Ihlemann AG ist nach der Medizinprodukte-Norm DIN EN ISO 13485 zertifiziert und will damit allen Kunden die Sicherheit geben, dass die Elektronik-Fertigung den höchsten Qualitäts-Anforderungen gerecht wird. Ein wichtiger Baustein dafür ist die Wareneingangskontrolle.

  • Bei der Erstlieferung von Leiterplatten wird in der Wareneingangsprüfung anhand der Schliffbilder überprüft, ob alle Anforderungen erfüllt sind. So werden die innenliegenden Kupferschichten auf 1µ genau vermessen. Im Reklamationsfall liefert das Mikroskop die erforderlichen Nachweise.
  • Bei Leiterkarten können Fehler im Laminatverbund beispielsweise durch Delamination die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen. Mit dem Messmikroskop werden fehlerhafte Flächen genau vermessen und geprüft, ob die IPC-Grenzwerte noch eingehalten werden.
  • Rückstände auf der Oberfläche von Bauteilen gefährden die Prozesssicherheit beim Löten und können Lötfehler verursachen. Deshalb werden regelmäßig Stichproben kontrolliert. So lassen sich mit dem Messmikroskop auch Verunreinigungen in Durchkontaktierungen nachweisen.
  • Bei einem zugelieferten Stecker konnte nicht nur gemessen werden, wie stark ein PIN verbogen war. Bei der Vergrößerung zeigten sich auch Verunreinigungen durch Lackrückstände und dadurch verursachte fehlerhafte Lötstellen.
  • Bei einem Taster zeigte die 3-D-Vergrößerung, dass die Vergussmasse an den einzelnen Pins unterschiedlich hoch war und deshalb verhinderte, dass das Bauteil plan verbaut werden konnte.

Genauere Ursachenanalyse von Fehlern

Nach der Bestückung einer Baugruppe wurde vom Kunden ein defektes Bauteil reklamiert. Wie sich herausstellte, war durch eine normale mechanische Beanspruchung des Bauteils ein innenliegender Bonddraht abgerissen. Die Ursache für dieses Fehlverhalten lag in einer mangelhaften Lötstelle. Bei der genaueren Untersuchung mit dem Mikroskop zeigten sich Reste einer Kunststoff-Vergussmasse auf den Anschlussbeinchen des Bauteils. An diesen Stellen reichte die Lötstelle nicht aus. „Der Fehler war vom Zulieferer verursacht, denn das Bauteil war bei noch nicht trockener Vergussmasse weiter verarbeitet worden und führte so zur Verunreinigung der Anschlussbeinchen. Die Bilder des Mikroskops lieferten den eindeutigen Nachweis“, erläutert der Leiter Qualitätsmanagement.

Keramikbauteile sind anfällig gegen mechanische Belastungen. Werden solche Bauteile auf einer Leiterplatte zu dicht am Rand oder nicht in Vorzugsrichtung platziert, können in der Keramik bei der mechanischen Nutzentrennung aufgrund der auftretenden Spannungsverläufe Haarrisse entstehen. Wird die Baugruppe in Betrieb genommen, reichen bereits geringe Kräfte, um das ganze Bauteil zu zerstören.

Bei der Untersuchung mit dem Mikroskop lassen sich die ursprünglichen mechanischen Einwirkungen noch erkennen. Nach der Ursachenanalyse wurde das Bauteil besser platziert und die Fehlerquelle damit beseitigt.

„Mit dem bloßen Auge nicht erkennbare kleine Mängel können große Auswirkungen haben. Das Messmikroskop hilft, solche Mängel frühzeitig zu erkennen“, fasst Andreas Monke die Beweggründe für den Einsatz des Mikroskops zusammen. Der Einsatz hat sich bewährt. Die Wareneingangsqualität lässt sich deutlich besser sicherstellen. Reklamationen werden eindeutiger dokumentiert und können einvernehmlicher geklärt werden.

* Martin Ortgies ist selbstständiger Fachjournalist und Kommunikationsberater für technische Themen. Er lebt in Hannover.

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