Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

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    Qualifizierung eines inline Qualitätskontroll-Verfahrens zum Leitkleben von SMD-Baugruppen
    ( 2009)
    Gesang, T.
    ;
    Markus, S.
    ;
    Halberland, J.
    Bei vielen Verbindungstechniken spielt die Reinheit der Oberflächen eine entscheidende Rolle für die Qualität und die Zuverlässigkeit der resultierenden Verbindungen. Deshalb wurden am Beispiel des elektrisch isotrop leitfähigen SMD-Klebens (surface mounted devices) zwei derzeit bestehende Hemmnisse für eine qualitätsgesicherte Klebtechnik durch die folgenden Maßnahmen überwunden: Qualifizierung einer neuartigen inline-fähigen Oberflächenanalytik, die die Reinheit der Klebflächen direkt vor dem Kleben prüft. Technologische Bestimmung von Kontaminationsniveaus, die aussagen, welche Kontaminationen (Art, Menge) kritisch sind und welche unkritisch. Hierzu erfolgte zuerst die klassische oberflächenanalytische Charakterisierung der Leiterplatten. Dann folgte die Herstellung definiert kontaminierter Leiterplatten mit folgenden Chemikalien und Kontaminationsgraden von klein bis sehr hoch: Reiniger gegen Flussmittel und Trennmittel; Flussmittel; künstlicher Schweiß; Silikonöl. Als neuartige, inline-fähige Oberflächenanalytik wurde die Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) ausgewählt. Das Gerät erfordert in der Nähe der zu untersuchenden Oberflächen nur einen geringen Platzbedarf. Zur Optimierung der Messbedingung sind die Anregungs- und Messparameter an die ausgewählten Leiterplattenwerkstoffe angepasst worden. Die Messzeit einer Einzelmessung lag im Bereich von einer Sekunde. Für die definiert kontaminierten Leiterplatten wurde ein Verfahren erarbeitet, mit dem ein im industriellen Betrieb zuverlässiger Einsatz möglich ist. In einem Sonderversuch wurden Fingerabdrücke auf den Leiterbahnmetallisierungen klar von sauberen Metallisierungen unterschieden. Zur technologischen Bestimmung von kritischen Kontaminationsgrenzen wurden SMD-Klebungen hergestellt. Dies waren 0603- und 1206-Bauelemente (0-Ohm-Widerstände) auf FR4- Leiterplatten. Dabei fanden drei unterschiedliche elektrisch isotrop leitfähige Klebstoffe Verwendung, die alle auf Epoxidharzen basierten. Auf den definiert kontaminierten Leiterplatten wurden insgesamt ca. 22700 Bauelemente verklebt. Vor und nach Alterungen wurden mittels 4-Punkt-Messung die elektrischen Kontaktwiderstände bestimmt, weiterhin die Abscherkräfte und -modi. Die Alterungen waren 200 h, 500 h und 1000 h Feuchteauslagerung (80 °C/85 % RH) bzw. 200, 500 und 1000 thermische Zyklen. Für 96 Einzelfälle wurden die kritischen Kontaminationsgrenzen bestimmt, die zu 12 Kontaminationsgrenzen für jede der 12 Kombinationen Klebstoff plus Kontaminationsart verallgemeinert wurden. Ein Vergleich dieser Kontaminationsgrenzen mit den Empfindlichkeiten bzw. Auflösungen der UBS bei den verwendeten Leiterbahnmetallisierungen und Kontaminationsarten erbrachte folgenden Schluß: Die LIBS lässt sich für die hier untersuchten Systeme sinnvoll zur Qualitätssicherung einsetzen, indem diese kritischen Kontaminationsgrenzen bei den Leiterplatten vor dem Verkleben Inline überwacht werden. Zum Einsatz der UBS als Qualitätskontrollverfahren sind im Bericht außerdem Aspekte zur Wartung und Reparatur von LIBS-Systemen, Sicherheitsaspekte sowie eine Verfahrenesvorschrift LIBS-Analyse als inline Qualitätskontroll-Verfahren zum Leitkleben von SMD-Baugruppen aufgeführt. LIBS wird häufig als quasi zerstörungsfrei bezeichnet. Technologische Untersuchungen (Abscherkräfte und Kontaktwiderstände nach Thermozyklen und warmer Feuchte) bestätigten, dass die LIBS-Analyse mit anschließendem Verkleben keine Unterschiede im Vergleich zu nicht mit LIBS analysierten Leiterplatten bewirkt.