Leiterplattenfertigung – wichtige Formen der Inspektionen und Tests

10.03.2021Tomasz Damrecki

Zuverlässige Leiterplattenmontage bedeutet nicht nur einen reibungslosen Übergang durch alle Produktionsphasen, sondern auch die Überwachung des Prozessverlaufs und seiner Qualität auf jeder Stufe. Die Umsetzung und Aufrechterhaltung von Produktkontrollverfahren bringt eine Reihe von Vorteilen für den Auftraggeber:

  • Kosten - sowohl die messbaren (geringeres Risiko, ein schlechtes Produkt auf den Markt zu bringen, das später zurückgenommen werden muss) als auch unermesslich (wenn der Ruf einer Marke einmal verloren ist, ist es schwierig, ihn wieder aufzubauen), sowie die eingesparte Zeit (z. B. im Zusammenhang mit dem längeren Warten auf eine weitere korrekt ausgeführte Lieferung);
  • Toleranzbereich eines Produkts – ein Fertigprodukt soll unter bestimmten Bedingungen verwendet werden und somit bestimmte Anforderungen erfüllen, die z. B. Reaktion des Geräts bei einer bestimmten Temperatur (heiß/kalt), Beständigkeit gegen Störungen oder die Geräuschemission betreffen. Sie sind wichtig aufgrund der Klasse des Endprodukts, zu dem auch die Leiterplatte gehört;
  • Qualitätsprüfung und Fehlererkennung - während der Endproduktion. Diese Aktivitäten sind entscheidend für die Vermeidung von Defekten oder Problemen in einer frühen Phase des Lebenszyklus von einem Endprodukt.

Im Zusammenhang damit wird ein guter EMS-Dienstleister, abhängig von der erhaltenen Produktspezifikation, bei der Durchführung der Leiterplattenmontage eine Reihe von Inspektionen und Tests anwenden, die das Produkt vielfältig vor der Übergabe an den Vertragspartner verifizieren.
 


Inspektion einer Leiterplattenmontage

Eine Inspektion ist nichts anderes als Prüfung eines Produkts, einschließlich seines Entwurfs oder Herstellungsprozesses, und die Feststellung seiner Übereinstimmung mit festgelegten oder allgemeinen Anforderungen (auf der Grundlage eines fachlichen Urteils). Die Leiterplattenmontage kann in Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen des Kunden vielfältig bewertet werden.
 


Automatisierte optische 2D- und 3D-Inspektion

Vom Eng. Inline Automated Optical Inspection (AOI). Es ist eine Methode zur Früherkennung von Problemen, dank der Sie eine Produktion einstellen können, um die Leiterplatte nach Beseitigung des festgestellten Mangels wieder zu montieren.

Die automatische Sichtprüfung der Leiterplatte erfolgt mit Hilfe einer 2D- oder 3D-Kamera und Lasermessung. Die Kameras nehmen Bilder von der Leiterplatte auf, die vom System mit einem zuvor hochgeladenen detaillierten Produktschaltplan verglichen werden. Wenn die gescannte Leiterplatte in irgendeiner Weise nicht mit dem Schaltplan übereinstimmt, wird sie als eine Platine zur Überprüfung durch den Techniker markiert.

Bei der SMT-Bestückung, die durch ein AOI-System kontrolliert wird, können kritische Fehler (z. B. fehlendes Bauteil) und Qualitätsmängel (z. B. schief montiertes Bauteil) vermieden werden. Bei einer Überprüfung dieser Art können auch sehr kleine Defekte, wie z. B. verkratzte Teile oder Polarisation, erkennen werden.

Dabei ist es jedoch zu berücksichtigen, dass eine Inspektion ausschließlich auf visuellen Aspekten basiert. Es gibt also keine Möglichkeit, auf diese Weise keine Funktionalität oder Konformität der verwendeten Bauteilen zu verifizieren.

 

Automatische 3D-Röntgenprüfung

Vom Eng. 3D Automated X-Ray (AXI). Dies ist eine der Diagnosemethoden zur Früherkennung von Defekten. Bei diesem Test kann ein Röntgentechniker (es handelt sich um einen geschulten und erfahrenen Bediener) unsichtbare Defekte lokalisieren, wie z.B. die korrekte Verteilung der Lötpaste unter den Bauteilen (z.B. BGA) oder Lötstellen unter dem Chipgehäuse.

Die Röntgenstrahlen scannen automatisch die Leiterplatte und finden Fehler, die bei der Sichtprüfung nicht unsichtbar. 

Dadurch kann jede Schicht der Platine mit Röntgengeräten durchgeleuchtet werden, um interne Defekte zu erkennen. Eine 100%ige Prüfung des Produkts ist jedoch nicht immer ein rentables Verfahren - dies ist ein teurer Prozess. Daher wird ein Testumfang im Voraus mit einem Kunden vereinbart oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt, um die Stabilität des Prozesses zu überprüfen.
 


Prüfung einer Lötpaste im 3D-Modus

Vom Eng. 3D Automated Solder Paste (SPI). Es ist eine schnelle und präzise Prüfmethode. Prüfung einer Lötpaste wird zur Erkennung von Fehlern verwendet, die infolge einer falsch aufgetragenen Lötpaste entstehen. 

Sie wird mit Hilfe von speziellen Geräten mit Bilderkennungssensoren durchgeführt, die nach Auftragen der Lötpaste im Siebdruckverfahren und vor der Montage der Bauteile auf der Leiterplatte die Höhe der gedruckten Lotschicht analysieren (ob sie in der richtigen Menge aufgetragen und gleichmäßig verteilt wurde). 
 


Sichtprüfung

Vom Eng. Manual/Visual Inspection. Je nach dem beim EMS-Dienstleister geltenden Verfahren, kann sie in verschiedenen Stadien des Produktionsprozesses auftreten.

Die Leiterplattenmontage wird in diesem Fall von einem Bediener manuell durch eine Sichtprüfung oder spezielle Adapter (z.B. Poka Yoke) überprüft. Die Inspektion kann die Überprüfung der Lötpaste nach dem Druck der Bauteile, nach der Platzierung auf den Bestimmungsstellen der Platine oder der Lötstellen nach dem Aushärten des Lots beinhalten.

Diese Art der Prüfung ist die am wenigsten wiederholbare. Dabei besteht keine –Notwendigkeit, zusätzliche Spezialgeräte zur Durchführung der Prüfung zu kaufen.
 


Prüfung eines PCBA-Fertigung

Im Gegensatz zu den Prüfungen, die hauptsächlich auf einer visuellen Bewertung basieren, bestehen die Tests aus praktischen Prüfungen, wenn die Leiterplattenmontage ihre letzten Stadien erreicht, um die Eigenschaften und den Betrieb des fertigen oder fast fertigen Produkts zu überprüfen (das vor der Auslieferung an den Kunden noch eventuellen Korrekturen unterzogen werden kann).
 


Funktionstests (FCT)

Vom Eng. Functional Test. Das ist eine gewünschte Form der Überprüfung - sie wird an einem -fertigprodukt durchgeführt, um zu prüfen, ob das Produkt funktioniert - sich einschaltet, erwartete Funktion erfüllt und ob alle Elemente kohärent zusammenarbeiten.

Die SMT-Fertigung, und eigentlich das Endprodukt, wird hinsichtlich dieses Aspekts in Absprache mit dem Kunden und unter dessen Beteiligung beim Aufbau der Testumgebung getestet. Es handelt sich um spezielle Test-Adapter, die speziell für das jeweilige Produkt erstellt wurden. Der Kunde liefert eine fertige Lösung oder ein guter EMS-Dienstleister für die Leiterplattenmontage baut sie auf Wunsch.

Die Vorbereitung eines Tests für ein bestimmtes Produkt ist zeitaufwendig, verlängert den Produktionszyklus, aber ermöglicht auch gleichzeitig einen vollständig qualitativen Ansatz für die dem Kunden angebotene Ware (Aufbau des eigenen Images als Hersteller, der qualitativ hochwertige und langlebige Produkte anbietet), weil diese Attribute geprüft werden, bevor das endgültige Gerät auf den Markt gebracht wird. 

 


ICT-Tests

Vom Eng. In-circuit-test. Schnelle und automatische Tests zur Erkennung von möglichen Montagefehlern, die z. B. durch die Verwendung einer falschen Komponente, umgekehrte Polarität Kurzschlüsse oder Unterbrechungen entstehen. Sie werden vor dem Funktionstest durchgeführt, wenn die SMT-Baugruppe in die Endphase eintritt, wobei mögliche Korrekturen des "reifen" Produkts vorausgesetzt werden.

Zur Testdurchführung wird eine Matrize mit ordnungsgemäß angeordneten vergoldeten Nadeln, die für bestimmte Schaltung einer Leiterplatte vorgesehen ist. Mit Hilfe der Nadel wird ein elektrisches Signal an einzelne Komponenten übertragen, um die Integrität der Lötverbindung zu überprüfen.

Sicherheitsprüfungen:

  • Alterungstest (Burn-In Test/) – eine Prüfung, die zur frühzeitigen Fehlererkennung und Bestimmung der maximalen Leistung einer fertigen Leiterplatte verwendet wird.

    Bei der Prüfung wird die fertige Baugruppe für 48 bis 168 Stunden ununterbrochen in einem speziellen Raum mit hoher Temperatur belassen. Fällt der Chip aus, spricht man von Säuglingssterblichkeit. 

    Die Testdurchführung verhindert die Vermarktung eines problematischen oder gefährlichen Produkts. Gleichzeitig kann die Anwendung einer erhöhten Last die Lebensdauer des Produkts verkürzen oder einige Komponenten beschädigen. Wenn intensive Tests wenige oder keine Fehler zeigen, können die Testbedingungen reduziert werden, unnötige übermäßige Belastung einer Leiterplatte zu vermeiden.
  • Hochspannungsprüfung (High Potential/high voltage test)/ - wird empfohlen für Hochspannung-Leiterplatten und bei der Verwendung von dünnen Dielektrika. 

    Der Test prüft, ob das dielektrische Material der Leiterplatte einer Spannung, die höher als die Nennspannung ist, ohne Beschädigung standhalten kann (Spannungsspitze). Die Hochspannung wird für einige Sekunden an die Platine übergetragen (daher ist dieser Test das Gegenteil eines Durchgangstests). 

    Es ist eine zerstörungsfreie Prüfung, die die Adäquatheit der elektrischen Isolierung für eine normal auftretende transiente Spannung bestimmt. Sie wird verwendet, um zu bestätigen, dass die verwendete Isolierung nicht grenzwertig ist und dass während des Herstellungsprozesses keine unzureichenden Kriechstrecken und Sicherheitsabstände geschaffen wurden.

 

Umgebungsprüfungen

Vom Eng. Environmental testing. Sie prüfen die Konformität des konstruierten Produkts mit den entsprechenden Standards der Funktionalität, Sicherheit und Haltbarkeit innerhalb der vom Hersteller deklarierten Produktspezifikation.

Je nach Bedarf können diese Tests verschiedene, diagnostische Kits erfordern. Zur Grundausstattung, die für diese Art von Tests benötigt wird, gehören Temperatur- und Feuchtekammern oder Thermoschockkammern.

Diese Tests helfen, den Alterungsprozess eines Produkts zu beschleunigen, um seine Lebensdauer vorherzusagen, Fehlertypen zu analysieren und jene Produkte herauszufiltern, die für den Versand an Kunden nicht geeignet sind.

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