Test- und Analyseverfahren sichern Qualität elektronischer Bauteile und Baugruppen

| Autor / Redakteur: Holger Krumme* / Hendrik Härter

Bauteile und Baugruppen werden mit der Röntgenfluoreszenz-Analyse (RFA) untersucht. Es ist ein Verfahren, um die Qualität mit spezifischen Test- und Analyseverfahren abzusichern.
Bauteile und Baugruppen werden mit der Röntgenfluoreszenz-Analyse (RFA) untersucht. Es ist ein Verfahren, um die Qualität mit spezifischen Test- und Analyseverfahren abzusichern. (Bild: HTV)

Ein qualitativ schlechtes Bauteil oder Lötverbindung kann Funktion und Qualität eines gesamten Gerätes gefährden. Deshalb ist es wichtig, elektronische Komponenten bis ins Detail zu testen, zu qualifizieren und zu untersuchen.

Spezifische Test- und Analyseverfahren helfen bei der Qualitätssicherung, um alle relevanten Eigenschaften elektronischer Bauteile und Baugruppen genau und umfassend zu testen. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um kleinere Stückzahlen oder für Serienstückzahlen handelt. Ein einziges qualitativ schlechtes Bauteil oder eine schlechte Lötverbindung kann die Funktion und die Qualität des gesamten Gerätes gefährden. Hier helfen kontinuierliche fertigungsbegleitende Tests, damit mögliche Fehlerquellen schonungslos aufgedeckt werden können. Das wiederum senkt das Risiko für spätere Fertigungsprobleme, eventuelle Regressansprüche und Vertragsstrafen bei nicht pünktlicher Lieferung. Schwachstellen und Fehlerpotenziale sollten rechtzeitig identifiziert und lokalisiert werden. Das trifft vor allem für elektronische Komponenten aus unsicherer Herkunft zu, um die Qualität der eigenen Produkte zu wahren.

Unterstützung versprechen Anbieter, die sich mit Test, Material- und Fehleranalyse, Bauteileprogrammierung, Langzeitlagerung sowie Bauteilebearbeitung beschäftigen. Solch ein Anbieter ist HTV, der beispielsweise elektronische Komponenten bis ins Detail testet, qualifiziert und untersucht. Ein an die zunehmenden Test- und Analytikanforderungen angepasster, kontinuierlich wachsender Maschinen- und Gerätepark, sowie Teams aus insgesamt mehr als 220 Ingenieuren, Doktoren, Technikern und Facharbeitern, ermöglichen es gemeinsam mit dem Kunden das passende Prüfkonzept zu finden.

Prüfungen nach Datenblatt und Kundenspezifikation

Elektrische Prüfungen nach Datenblatt und Kundenspezifikationen bei definierten Umgebungstemperaturen von -60 bis 180 °C mithilfe unterschiedlichen komplexen Digital- und Mixed-Signal-Großtestsysteme bzw. eigens für die gewünschten Untersuchungen erstellte Prüfapplikationen, sichern die elektronische Funktionalität, zum einen als Prüfung für ASIC-Hersteller, zum anderen als erweiterte Wareneingangsprüfung für Hersteller von elektronischen Baugruppen.

Für den Test optischer Bauteile wie LEDs, Fotodioden, Fototransistoren sowie LCDs und lichttechnische Komponenten stehen bei HTV eine Reihe automatisierter und parametrisierbarer Messplätze zur Messung und/oder Selektion der optischen und elektrischen Parameter auch für Serienstückzahlen zur Verfügung. Speziell für unterschiedlichste Medizinprodukte können neben radiometrischen Spektralmessungen mit Wellenlängen zwischen 250 und 1100 nm auch photometrische Spektralmessungen von 380 bis 780 nm an Leuchtdioden durchführen, die später für Blutanalysen eingesetzt werden. Die zu vermessenden Bauelemente können dann sehr fein in bis zu 30 Klassen selektiert werden. Auch größere Lampen oder Flächenleuchten können sowohl in Bezug auf den Lichtstrom, den Farbwiedergabeindex als auch auf die Homogenität, vermessen werden.

Zur Feststellung von Bauteilmanipulation und zur Bewertung der Originalität und Qualität fremdbeschaffter Teile sind detaillierte Untersuchungen des äußeren (Wareneingangsprüfung, Lichtmikroskopie) und nach chemischer Öffnung auch des inneren Aufbaus extrem wichtig. Nach dem Öffnungsprozess wird die Beschriftung der Bauteilchips (Dies) dabei durch Vergleich mit einem Originalbaustein verifiziert und die Oberflächen auf Hinweise möglicher Fälschungen, Manipulationen, Aussortiervorgänge oder Schäden hin untersucht.

Vor dem Hintergrund der ständig steigenden Anzahl manipulierter elektronischer Bauteile auf dem freien Markt gewinnt das sogenannte Counterfeit-Screening mehr an Bedeutung. Neben bereits ausgelöteten Bauteilen sowie Ausfallteilen, welche die erforderlichen Parameter nicht erfüllen oder gar Komponenten mit falschem bzw. überhaupt keinem Chip, werden häufig vor allem umbeschriftete Bauteile als Original ausgewiesen und verkauft. Oftmals werden auch insbesondere diskrete Halbleiter oder passive Bauteile gefälscht, da diese wesentlich leichter manipulierbar sind als komplexere Halbleiterbausteine, wie Mikrocontroller oder Speicherbausteine.

Den inneren Aufbau bewerten

Im Einzelfall können nicht nur elektrische, sondern auch mechanische Eigenschaften wie Abmessungen oder Aufbau sowie der äußere Allgemeinzustand der Bauteile beurteilt werden. Eine Bewertung des inneren Aufbaus mit Bonddrähte, Leadframe oder Steckverbindungen wird durch weitergehende Analysen wie dem zerstörungsfreien 2D- oder 3D-Röntgen (Röntgentomografie) sichergestellt. Zur Bestimmung der Verarbeitbarkeit und Untersuchung von Lötproblemen der elektronischen Komponenten dienen vollautomatische Lötbarkeitstests mit Benetzungswaage.

Zeigt der Lötbarkeitstest Auffälligkeiten, so lässt sich die Lötbarkeit mithilfe des HTV-revivec-Aufarbeitungsverfahrens wiederherstellen: Mittels eines speziellen Plasmas und spezifischer Einstellung werden Oxidschichten oder organische Rückstände im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zuverlässig entfernt.

Um Aussagen darüber zu treffen, ob elektronische Komponenten im Automobil eingesetzt werden können, besteht die Möglichkeit, mit geeigneten Qualifikationen gemäß AECQ-0100 oder AECQ-0200 die Eignung im Fahrzeug zu treffen.

Detaillierte Fehleranalysen

Die Röntgenmethode ermöglicht es, verdeckte Defektstellen zu erkennen. Das Bild zeigt Head-in-Pillow-Defekte bei BGA-Lötverbindungen.
Die Röntgenmethode ermöglicht es, verdeckte Defektstellen zu erkennen. Das Bild zeigt Head-in-Pillow-Defekte bei BGA-Lötverbindungen. (Bild: HTV)

Im HTV-Institut für Materialanalyse werden Fehler an Ausfallbauteilen oder Baugruppen detailliert analysiert. Bereits aufgetretene Fehler werden so schnell und ganzheitlich identifiziert, lokalisiert und einer genauen Analyse unterzogen. Fragestellungen rund um die Lötstellenqualität und die möglicherweise metallurgischen Ursachen für das Versagen von Lötstellen lassen sich beispielsweise mithilfe von Röntgen- und Schliffbilduntersuchungen sowie dem Präparationsverfahren MetaFinePrep, als auch ergänzenden Analysen mittels Rasterelektronenmikroskopie und EDX klären. Hierdurch werden zusätzliche detaillierte Erkenntnisse zur inneren Struktur der eingesetzten Materialien gewonnen, die konventionelle Untersuchungsmethoden nicht ermöglichen. Dazu gehören Rückschluss auf Härte, Zähigkeit, Sprödigkeit, Lötbarkeit oder Erkennen von Fehlstellen im Bereich des intermetallischen Phasenübergangs.

Mit der Röntgeninspektion lassen sich verdeckte Defektstellen erkennen: Head-in-Pillow-Defekte bei BGA-Lötverbindungen, unsauber gefertigte Durchkontaktierungen, Lotperlen auf Platinen oder Defekte auf Leiterbahnebene auch bei vergossenen Baugruppen. Untersuchungen von Baugruppen gemäß IPC-A-610 zur Sicherung der Bestückungsqualität runden das Bild ab.

Industriethermographie mit Wärmebildkamera

Ergänzend liefert die Industriethermographie mit Wärmebildkamera wichtige Informationen während des Betriebs von Baugruppen, um Fehlerstellen oder Hotspots zu identifizieren.

Betreibt man beispielsweise gefälschte Schaltregler mit geringer Last, fällt die Fälschung meist nur durch eine, mit der Wärmebildkamera erkennbare, lokale Erwärmung auf. Wird vom Baustein ein höherer Strom verlangt oder reizt man die Datenblattgrenzen des vermeintlichen Originals aus, kommt es zur Überhitzung und darauffolgend zum Totalausfall des Schaltungsteils.

Einige Fehler oder Ausfälle in der Endkontrolle oder im Feld sind jedoch nicht auf den Produktionsprozess zurückzuführen. Oftmals wurden bereits bei der Schaltplan- oder Layout-Entwicklung versehentlich Schwachstellen eingebaut. So kann beispielsweise die Auslegung der Schutzbeschaltung unzureichend oder teilweise sogar überhaupt nicht vorhanden sein. Eine grenzwertige Schaltungsauslegung im Zusammenspiel mit Bauteilen, welche außerhalb ihrer Spezifikationen liegen, kann so langfristig zu Feldrückläufern führen. Auch in diesen Fällen bietet HTV durch eine Schaltungsanalyse umfangreiche Unterstützung und Lösungen in einem engen Dialog mit dem Kunden an.

Dank vielfältiger Strategien und Untersuchungsverfahren sowie jahrzehntelanger Erfahrung als Test-Dienstleister ermöglicht HTV die rechtzeitige Identifizierung von Schwachstellen und Fehlerpotentialen. Unkalkulierbare Risiken und Kosten durch ungeprüfte Bauteile und Baugruppen werden so vermieden. Bereits aufgetretene Fehler können im bestens ausgestatteten HTV-Institut für Materialanalyse schnell und ganzheitlich identifiziert, lokalisiert und einer genauen Analyse unterzogen werden. Ergänzend zu entsprechenden qualifizierten Dienstleistungen bietet sich durch geeignete Seminare und Workshops in der HTV-Akademie auch die Möglichkeit der individuellen Weiterbildung wie in der Analytik (IPC-A-600, IPC-A-610, Metallographie) und Langzeitlagerung.

Test- und Analyseverfahren decken Fehlerquellen schonungslos auf

Test- und Analyseverfahren decken Fehlerquellen schonungslos auf

10.10.18 - Um spätere Fertigungsprobleme zu vermeiden, lassen sich mit verschiedenen Test- und Analyseverfahren Fehlerquellen und -ursachen aufdecken. Hilfe bekommt der Entwickler von einem Dienstleister. lesen

* Holger Krumme ist bei HTV Halbleiter-Test- und Vertrieb-Managing-Director – Technical Operations in Bensheim.

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