In jeder Leiterplattenbaugruppe (PCBA) spielen Lötstellen eine entscheidende Rolle – sie dienen nicht nur als elektrische Verbindung zwischen Bauteilen und Leiterplatte, sondern auch als physische Stützen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass die Lötqualität der Eckpfeiler der Funktionalität und Zuverlässigkeit von PCBA ist. Das Löten ist einer der wichtigsten und kritischsten Prozesse in der PCBA-Herstellung, und seine Qualität bestimmt direkt die einwandfreie Funktion der PCBA. Verschiedene Faktoren während des Lötprozesses können jedoch zu Defekten führen, die zu den häufigsten Problemen bei PCBA-Tests gehören. Daher sind die Prüfung und das Management der Lötqualität im PCBA-Testsystem entscheidend für die Sicherstellung der Produktqualität.

Warum wird bei PCBA-Tests so viel Wert auf die Lötqualität gelegt? Dies liegt an den direkten Auswirkungen von Lötfehlern auf die Leistung und Zuverlässigkeit von PCBA:

Verbindungsfehler (kalte Lötstelle/offener Stromkreis): Lötstellen bilden keine wirksamen elektrischen Verbindungen, was zu Fehlfunktionen des Stromkreises führt.

Unbeabsichtigte Verbindung (Lötbrücken/Kurzschluss): Lötbrücken bilden sich zwischen verschiedenen Lötstellen oder Leiterbahnen und verursachen Kurzschlüsse, die Bauteile beschädigen oder Funktionsstörungen verursachen können.

Schlechte Verbindung (kaltes Lot/unzureichendes Lot): Schwache Lötstellen oder übermäßiger Widerstand können zu Signaldämpfung, instabilen Verbindungen oder sogar Brüchen bei Vibrationen oder Temperaturschwankungen führen.

Interne Lötfehler (Voids): Insbesondere in den Lötkugeln von BGA-Gehäusen können Voids die mechanische Festigkeit und das thermische Verhalten beeinträchtigen und so versteckte Risiken bergen.

Verringerte Zuverlässigkeit: Lötfehler sind eine Hauptursache für frühzeitige PCBA-Ausfälle oder zeitweise auftretende Probleme im Betrieb.

Das Erkennen dieser Lötfehler ist eines der Hauptziele der PCBA-Prüfung. Die Qualität der Lötung wird direkt durch die Kontrollstufe des Lötprozesses während der PCBA-Herstellung bestimmt. Daher ist die Lötqualitätsprüfung in mehrere Phasen der PCBA-Prüfung integriert.

Zur Überprüfung der Lötqualität von Leiterplatten kommen typischerweise eine oder mehrere der folgenden Prüfmethoden zum Einsatz:

Lötpasteninspektion (SPI): Diese wird nach dem Lötpastendruck, aber vor der Bauteilbestückung durchgeführt. Die SPI prüft Volumen, Form, Position und Dicke der Lötpaste. Da die meisten Lötfehler auf einen mangelhaften Lötpastendruck zurückzuführen sind, ist die SPI ein wichtiger erster Schritt zur Vermeidung von Lötfehlern bei der Leiterplattenherstellung.

Automatisierte optische Inspektion (AOI): Diese wird nach dem Reflow-Löten durchgeführt. Die AOI erfasst PCBA-Bilder mit Hochgeschwindigkeitskameras und nutzt Algorithmen zur Überprüfung des Aussehens der Lötstellen und der Bauteilbestückung (z. B. Polarität, Position, fehlende Bauteile oder Fehlausrichtung). Sie erkennt Probleme wie zu viel/zu wenig Lötzinn, Brückenbildung oder kalte Lötstellen (manchmal manifestiert durch eine abnormale Lötstellenmorphologie). Die AOI ist eine effiziente Methode zur Chargenprüfung von Lötfehlern nach der Leiterplattenherstellung.

Röntgeninspektion: Unverzichtbar für Gehäuse wie BGA und QFN, bei denen Lötstellen unter Bauteilen verborgen sind. Die Röntgeninspektion ermöglicht es, durch Bauteile hindurchzusehen und die Form der Lötkugeln, innere Hohlräume, Brückenbildung und den Zustand der Pin-Lötstellen zu untersuchen. Sie bietet einzigartige Vorteile bei der Erkennung unsichtbarer Lötfehler und wird häufig in der hochzuverlässigen oder komplexen Leiterplattenfertigung eingesetzt.

In-Circuit-Test (ICT): Mithilfe von Sonden werden Prüfpunkte auf der Leiterplatte kontaktiert, um Kurzschluss- und Unterbrechungstests durchzuführen und die elektrischen Parameter der Bauteile zu messen. Der ICT erkennt effektiv Kurzschlüsse durch Lötbrücken und Unterbrechungen durch kalte Lötstellen oder fehlendes Lot. Er überprüft die Richtigkeit der Verbindungen aus der Leiterplattenfertigung elektrisch.

Funktionstest (FCT): Validiert die PCBA-Funktionalität durch Simulation realer Betriebsbedingungen und Eingangssignale. Kalte Lötstellen oder schlechte Verbindungen können bei statischen Tests oder bei Raumtemperatur normal erscheinen, manifestieren sich jedoch beim FCT unter Spannung, Hitze oder Vibration als zeitweise Ausfälle oder Fehlfunktionen. FCT hilft, solche latenten Funktionsprobleme aufzudecken, die durch die Lötqualität verursacht werden.

Manuelle Sichtprüfung: Obwohl weniger effizient und abhängig vom menschlichen Einfluss, können erfahrene Prüfer dennoch bestimmte Lötfehler in kritischen oder komplexen Bereichen erkennen und so automatisierte Prüfungen ergänzen.

Die Erkennung von Lötqualitätsproblemen ist nur der erste Schritt; effektives Management und kontinuierliche Verbesserung sind entscheidend, um Wiederholungen zu reduzieren:

Genaue Fehlererfassung und -klassifizierung: Erstellen Sie eine detaillierte Fehlerdatenbank, um Fehlerarten, -orte, -mengen und -erkennungsstufen (AOI, Röntgen, ICT, FCT usw.) zu dokumentieren. Eine korrekte Klassifizierung erleichtert die nachfolgende Analyse.

Standardisierte Nacharbeit und erneute Prüfung: Professionelle Nacharbeit erkannter Lötfehler. Der Nacharbeitsprozess muss streng nach den Spezifikationen erfolgen und geeignete Werkzeuge und Materialien verwenden, um Folgeschäden zu vermeiden. Nachbearbeitete Leiterplatten müssen erneut geprüft werden, um die Behebung und das Ausbleiben neuer Probleme sicherzustellen.

Ursachenanalyse (RCA): Führen Sie eine detaillierte Analyse hochfrequenter oder kritischer Lötfehler durch, um deren wahre Ursachen zu ermitteln. Dies kann Einfluss auf Lötpastendruckparameter, Genauigkeit der Bestückungsmaschine, Reflow-Temperaturprofile, Flussmittelaktivität, Pad-Design, Leiterplattenqualität oder die Bediener-Compliance während der Leiterplattenherstellung haben.

Prozesskontrolle und -optimierung: Basierend auf den RCA-Ergebnissen werden die Leiterplattenherstellungsparameter angepasst, die Anlagen gewartet, Prozesse verfeinert und Schulungen verbessert. Optimieren Sie beispielsweise die Temperaturprofile des Reflow-Ofens, um Hohlräume zu reduzieren, das Schablonendesign für den Lötpastendruck zu verbessern, um Brückenbildung oder unzureichendes Lot zu beheben, oder verschärfen Sie die AOI-Prüfkriterien, um die Fehlererkennungsraten zu verbessern.

Datenanalyse und Feedbackschleife: Nutzen Sie gesammelte Test- und Prüfdaten für Trendanalysen, Ertragsstatistiken und Fehlermodusanalysen. Zeitnahes Feedback an die Teams aus Forschung und Entwicklung, Design und Fertigung bildet einen geschlossenen Kreislauf für kontinuierliche Verbesserung und behebt Lötqualitätsprobleme an der Quelle.

Die Lötqualität ist entscheidend für die Zuverlässigkeit von Leiterplatten (PCBs), und ihre strenge Prüfung und Steuerung sind zentraler Bestandteil des PCBA-Testsystems. Durch den Einsatz von SPI, AOI, Röntgen und anderen Prüfmethoden in verschiedenen Phasen der PCBA-Herstellung, kombiniert mit ICT und FCT zur Validierung der elektrischen Funktionalität, können Defekte effektiv erkannt werden. Noch wichtiger ist, dass die Ursachenanalyse identifizierter Probleme und die Rückmeldung der Daten an den Fertigungsprozess kontinuierliche Verbesserungen ermöglichen. Nur durch die Integration fortschrittlicher Prüftechnologien mit wissenschaftlichen Managementmethoden können leistungsstarke und hochzuverlässige PCBA-Produkte hergestellt werden.