System für Zyklenfähigkeit von Leiterplatten mit Temperaturwechseltest

Zuverlässige Durchkontak- tierungen

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Der ZVEI/VdL-Arbeitskreis „Zyklenfähigkeit von Leiterplatten“ hat im Jahr 2011 die Entwicklung einer Online-Widerstandsmessmethode für den Temperaturwechseltest abgeschlossen. Dabei werden an einzelnen Durchkontaktierungen der Widerstand und die Stromtragfähigkeit in Echtzeit überprüft. Seitdem gehört die Online-Widerstandsmessung im Temperatur-Wechsel-Test zu den etablierten Testmethoden für die Zuverlässigkeit von Durchkontaktierungen (DK) in Leiterplatten.

Ulf Weber, LWS Mess- und Labortechnik GmbH, Radeburg & Dr. Swantje Frühauf, KSG Leiterplatten GmbH, Gornsdorf

Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen KSG Leiterplatten GmbH in Gornsdorf und LWS Mess- und Labortechnik GmbH in Radeburg ist ein Online-Widerstandsmesssystem für Leiterplatten mit herausragenden Merkmalen und überzeugender Funktionalität entstanden und seit einem Jahr erfolgreich im Dauereinsatz.
Es wurde eine hochgenaue 4-Leiter-Widerstandsmessung in einer Temperaturwechselkammer mit Kontaktierung von Testmuster und Messleitung über Steckkontakte realisiert: Im Hubkorb der Temperaturwechselkammer befindet sich ein Rack mit 24 Steckplätzen für je 10 Durchkontaktierungen mit zwei Referenzstrukturen oder einer Referenzstruktur und einem Pt100. Der Chargenwechsel der Leiterplatten ist Minutensache. Bei Lötverbindungen wären bei voller Bestückung 1152 Drähte ab- und fehlerfrei wieder an die neuen Prüflinge anzulöten. Die Test-Leiterplatten gestatten zudem die Entnahmemöglichkeit einzelner Durchkontaktierungen sofort nach Erreichen des Ausfallkriteriums für weitere Untersuchungen zum Widerstandsanstieg.
Zur leichten Handhabbarkeit des Prüfplatzes gehören weiterhin eine anschauliche Benutzeroberfläche mit übersichtlichen Darstellungen zum Prozessablauf und den erreichten Zwischenergebnissen sowie freier Wählbarkeit aller Prozessparameter und des Prozessablaufs. Der Prüfplatz wurde so ausgelegt, dass unterschiedliche Leiterplattendicken gleichzeitig gestresst und ausgewertet werden können. Die Steckplätze sind im beschriebenen Beispiel für Leiterplatten mit drei unterschiedlichen Dicken ausgelegt (Gruppe 1 – 3). Innerhalb dieser Gruppen ist eine Einteilung in Klassen möglich. Nicht gesteckte Leiterplatten und von vornherein defekte Durchkontaktierungen können manuell abgewählt werden. Wenn Durchkontaktierungs-Bohrungen das Ausfallkriterium erreichen, können diese Testplatten auch komplett entnommen, und kann durch Nachbestückung der Stichprobenumfang fast beliebig erweitert werden. Die Widerstandsmessung liefert die Ergebnisse online, d.h. eine Unterbrechung der Tests ist nicht erforderlich, und die entwickelte Software ermöglicht es, zu jeder Zeit den Versuchsfortschritt zu verfolgen, bei Bedarf Daten zu exportieren und eine vorläufige statistische Auswertung zur charakteristischer Lebensdauer der Durchkontaktierung und zur Restdauer der Testphase vorzunehmen.
Bei Auswertung der Ergebnisse ist hervorzuheben, dass die effektive Verfahrensweise bei der Durchführung des Zyklentests mit Online-Widerstandsmessung viel Arbeitsaufwand einspart, da die bisherige Schliffanalyse zur Bestimmung des Ausfallzeitpunktes komplett wegfallen kann. Wie die statistische Auswertung ergab, sind die Ergebnisse vertrauenswürdiger als bei den mit Schliffanalyse erhobenen Daten, da die Approximation der Weibull-Verteilungsfunktion an den Messdaten besser gelingt.
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