Der molekulare Fingerabdruck einer Leiterplatte in der Elektronikfertigung

Der molekulare Fingerabdruck einer Leiterplatte in der Elektronikfertigung

• Sicherstellung exzellenter Qualität dank Materialanalysen auf molekularer Ebene

Kreuzwertheim, 4. Februar 2022

Die enormen weltweiten Wachstumsraten der Elektronikproduktion kombiniert mit den stetig steigenden Qualitätsstandards und strengen Anforderungen an die Prozesszuverlässigkeit erfordern neue, innovative Messmethoden um auf dem Markt eine Spitzenposition zu erreichen, wettbewerbsfähig zu bleiben und den eigenen Kunden höchste Qualitätsstandards garantieren zu können. Mit den etablierten Prüfmethoden, wie optischen und elektrischen Tests, können oft gravierende Qualitätsabweichungen wie beispielsweise ein hoher Feuchtigkeitsgehalt im Leiterplattensubstrat, thermische Schädigung, unzureichender Vernetzungsgrad oder chemische Verunreinigungen nicht erkannt werden. Diese können jedoch präzise und zuverlässig anhand des molekularen Fingerabdrucks mit einer infrarot­spektroskopischen Untersuchung, der sog. FT IR #Analyse nachgewiesen werden.

Eine infrarotspektroskopische Untersuchung greift hierbei auf das Prinzip der Absorption des Lichts im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums zurück, dem die meisten Moleküle unterliegen. Dabei wird die elektromagnetische Energie in Schwingungsenergie umgewandelt. Diese Schwingungsenergie ist für jede Probe als spezifischer molekularer Fingerabdruck unverwechselbar und lässt damit eine eindeutige Identifikation des Materials zu.

Mit FT IR Analysen Qualitätsabweichungen frühzeitig erkennen

Nicht selten liegen die Ursachen der Qualitätsprobleme in kleinsten Produktionsabweichungen und werden leicht übersehen. Unzureichende Vernetzung des Leiterplattensubstrats macht sich als Leiterplattenverzug erst nach dem Löten bemerkbar. Die Folgen sind jedoch gravierend für die Qualität und die Lebensdauer der gesamten Baugruppe. Die daraus resultierenden inneren Spannungen können zu Delaminationen, unzureichenden Haftung der Lotpads und letztendlich zum vorzeitigen Ausfall der Baugruppe führen. Sie machen sich auch in der verstärkten Kondensatbildung in der Lötmaschine bemerkbar, wenn nicht vernetzte niedermolekulare Verbindungen aus der Leiterplatte ausgasen und im Lötprozess polymerisieren, vernetzen und kondensieren. Beim Lötstopplack kann eine unzureichende Vernetzung zu Diffusionseffekten, einem unregelmäßigen Erscheinungsbild und dem Verlust der schützenden Wirkung führen. Die abweichende Qualität macht sich vor dem Lötprozess weder optisch noch elektrisch bemerkbar. Nicht selten wird eine unzureichend vernetzte Lötstopplackschicht erst nach dem Reinigen der Baugruppen bemerkt, wenn sie chemisch dem Reinigungsmedium nicht standhält. Auch hier ist eine verstärkte Kondensatbildung der Lötanlagen die Folge und ein Indikator für die verstärkte Ausgasung nicht vernetzter niedermolekularer Verbindungen. Die Kondensatschicht kann sowohl als polymerisierte und vernetzte Schicht, als auch in Form von kristallinen Strukturen auftreten.

Dabei kann eine unzureichende Vernetzung beim Lötstopplack mehrere Ursachen haben. Eine dieser Ursachen ist eine zu kurze Belichtungszeit. Diese führt zwar bei der Produktion zu einem höheren Durchsatz, macht sich jedoch im anschließenden Lötprozess als gravierender Qualitätsmangel bemerkbar. Weitere Ursachen sind eine erhöhte Luftfeuchtigkeit und Sauerstoffeinfluss im Verarbeitungsprozess. Beide können dazu führen, dass Polymerisationsreaktionen, und Vernetzungsreaktionen gehemmt werden. In diesem Fall lässt sich durch die nachfolgende Belichtung nur eine abgeschwächte Polymerisations- und Vernetzungsreaktion starten. FT-IR Analysen ermöglichen hier eine Identifikation der Qualitätsabweichung auf molekularer Ebene und erlauben damit eine frühzeitige Korrektur.

In der Praxis hängt die Qualität der fertigen Baugruppe von zahlreichen Faktoren ab. Strikte Einhaltung definierter Produktionsbedingungen in der Leiterplattenfertigung gehört genauso dazu wie der nachfolgende Druckprozess, Lötprozess und Reinigungsprozess. Die Kombination des Leiterplattensubstrats, Lötstopplacks und Lotpaste ist entscheidend für die Polymerisations- und Vernetzungsreaktionen der Kondensatschicht in der Lötanlage. So lässt sich der anschließende Reinigungsprozess der Baugruppen und der Lötanlage optimieren und das Reinigungsmedium ressourcenschonender einsetzen. Damit lassen sich Effekte wie Ablagerungen auf metallischen Oberflächen der Baugruppen vermeiden. Diese können somit im nachfolgenden Lötprozess nicht mehr zu einer Verschlechterung der Benetzung und Lotperlenbildung führen.

FT IR Analysen – schnell und kosteneffizient

FT IR Materialanalysen helfen Qualitätsabweichungen wie einen unzureichenden Vernetzungsgrad oder einen hohen Feuchtigkeitsgehalt im Leiterplattensubstrat rechtzeitig zu erkennen und effektiv zu vermeiden. Liegt eine sogenannte »goldene Messung« der Sollqualität vor, lassen sich die Vergleichsmessungen der nachfolgenden Chargen schnell und kosteneffizient durchführen. Für die infrarotspektroskopischen Analysen reichen bereits geringe Probenmengen. Zuverlässige Ergebnisse liegen innerhalb kürzester Zeit beim Kunden und garantieren die Einhaltung höchster Qualitätsstandards auf molekularer Ebene.

Erfahrung macht den entscheidenden Unterschied

Rawinski GmbH steht Ihnen dabei als kompetenter, zuverlässiger und unabhängiger Partner zur Seite. Unsere Spezialisten unterstützen Sie gerne von der Durchführung der notwendigen Evaluationen, bei der Wahl der richtigen Lieferanten bis zur Analyse der Kondensatrückstände in den Lötanlagen um Wartungszyklen zu verlängern und Reinigungsaufwand effektiv zu minimieren. Mit unserer langjährigen Erfahrung auf den Gebieten der Elektronikfertigung, thermischen Prozesse, infrarotspektroskopischen Analysen und Materialcharakterisierung sind wir in der Lage Ihre Problemstellungen schnell zu erfassen und Sie optimal zu unterstützen.

Das Ergebnis ist die Sicherstellung exzellenter Qualität in der Elektronikproduktion auf der molekularen Ebene, um dauerhaft Spitzenpositionen auf dem Markt zu sichern und sich nachhaltig von Marktbegleitern abzuheben.