Beschichtungen
Beschichtungen elektronischer Baugruppen testen Zuverlässigkeit ist kein Zufall – Neuartige Tests helfen Elektronische Baugruppen werden häufig unter kritischen Bedingungen eingesetzt, was die Gefahr von Fehlfunktionen und Ausfällen erhöht. Hohe Qualität muss somit gefertigt werden, damit die Zuverlässigkeitsprüfungen bestanden werden. Um dies in der Fertigung umzusetzen, werden entsprechende Tests zur Steuerung der wesentlichen Produkteigenschaften benötigt. Aufgrund der gestiegenen Anforderungen wurden existierende Qualitätstests kontinuierlich erweitert. Insbesondere für die Steuerung von Beschichtungsprozessen wurden der Coating Reliability (CoRe)-Test weiterentwickelt und die beiden neuen Testverfahren Ioddampftest und Coating Layer Test ausgearbeitet. Damit ergänzen diese die langjährig bewährten Indikatoren Resin Test, ROSE Test und Testtinten zur Beurteilung der Qualität schutzlackierter und vergossener Baugruppen. Neben der Qualitätssteuerung in Produktions- und Lieferkette bieten die Qualitätstests die Möglichkeit, Baugruppen für die Zuverlässigkeitsprüfungen sicher vorzubereiten, sodass ein Bestehen dieser bestmöglich abgesichert ist. Etablierte Methoden zum Test der Beschichtungsqualität Im Anschluss an die Lackapplikation erfolgen typischerweise Umweltsimulationsbzw. komplette Lebensdauerprüfungen, welche aber entweder aufwendig sind, sehr lange dauern oder umfassende und teure Analytik-Ausstattung erfordern und oft erst nach vollendeter Typenentwicklung durchgeführt werden können. Ergänzend dazu stehen zur Beurteilung der Beschichtungsqualität verschiedene schnelle/kostengünstige Verfahren zur Auswahl. Etablierte Möglichkeiten umfassen die Inspektion von fluoreszierenden Lacken mit Schwarzlicht und Haftungstests wie z. B. der Gitterschnitttest, welche meist jedoch entweder zerstörend oder begrenzt aussagekräftig sind. Im Folgenden werfen wir einen Blick auf einige alternative oder ergänzende Tests und stellen diese den etablierten Verfahren gegenüber. Alternative/ergänzende Testverfahren Coating Reliability (CoRe-) Test Der CoRe-Test ist ein Qualitätstestverfahren zur Schwachstellenanalyse, welches dem Anwender bereits während der Entwicklungsphase eine schnelle und kostengünstige Analyse ermöglicht. Dadurch können teure Änderungen am späteren Design vermieden werden. Durch das komplette Eintauchen der lackierten Baugruppe in de-ionisiertes Wasser, analog zu einer dauerhaften Betauung, und das Anlegen des jeweiligen Ruhestromes läuft der Mechanismus der ECM ab. Eine Messzeit von 30 bis 60 Minuten ist dabei typisch. So sind nach Aufund Abbau sowie Auswertung innerhalb weniger Stunden Aussagen über die Beschichtungsqualität möglich. Während des Tests wird anhand des gemessenen Ruhestroms festgestellt, ob z. B. Kriechströme oder ECM und folglich ein temporärer oder vollständiger Ausfall der Baugruppe auftritt. Ein Anstieg des Stroms ist ein Prozessindikator. Qualitätstest auf Basis von Ioddampf Zur Prüfung der Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten/Schaltungen, und damit der Dichtigkeit der genannten Schutzsysteme hinsichtlich korrosiver Gase, werden derzeit Schadgasexpositionen mit unterschiedlichen Gasen oder Gasgemischen durchgeführt. Je nach verwendetem Schadgas und verwendeter Schadgaskonzentration sowie dem jeweiligen Prüfziel können diese Zuverlässigkeitsversuche, wie z. B. bei Verwendung von SO2, zwischen 1 und 21 Tage andauern. Um eine schnellere Qualitätsbeurteilung zu ermöglichen und gleichzeitig eine Aussage über Anzahl und Ort der potenziellen Schwachstellen und der Haftung zu erhalten, bietet ein Qualitätstest auf der Basis von Ioddampf eine effektive Herangehensweise. So kann aufgrund der hohen Reaktivität sowie hoher Konzentration des Ioddampfs bei 60 °C in der Testkammer eine Expositionsdauer von max. 3 h ausreichen, um bereits kleinste Risse und Penetrationsschwachstellen in Mold- und Vergussmassen im Bereich kritischer Metallisierungen der Bauteile und Schaltungen sichtbar zu machen (Abbildung 2). Bei diesen Bedingungen kann der Ioddampf mit Hilfe einer wässrigen Phase erzeugt werden, was zudem eine einfache und sichere Handhabung sowie Testdurchführung erlaubt. Coating Layer Test Der Coating Layer Test ist eine sichere und kostengünstige Möglichkeit, Defekte in Schutzlackierungen oder nicht geschlossene Schichten bei sog. μ-Coatings sichtbar zu machen, indem diese Schwarz angefärbt werden (Abbildung 3). Er kann einfach und schnell durchgeführt werden. Dazu wird die Testflüssigkeit großflächig oder punktuell auf die Baugruppenbeschichtung aufgetragen. Schwere Defekte im 32 EPP Oktober 2020
Advertorial Abbildung 2: Mikroskop-Bilder eines DCB-Substrats mit 1 cm dickem Silikon-Weichverguss vor (links) und nach Testdurchführung (rechts; im Interferenzkontrast helle Stellen: Kupferiodid) Abbildung 3: Ergebnisbeispiel nach Aufbringen des Coating Layer Tests Lack sind bereits nach wenigen Sekunden erkennbar, während bei kleineren Ungänzen bis zu drei Minuten auf eine Reaktion des Tests gewartet werden sollte. Die meisten Farbreaktionen sind schon mit bloßem Auge sichtbar, zur Unterstützung wird aber zusätzlich eine mikroskopische Inspektion bei ca. 5 – 10-facher Vergrößerung empfohlen. Tritt keine Schwarzfärbung auf, weist nichts auf ein erhöhtes Gefährdungsrisiko durch ECM oder Korrosion hin. In diesem Fall kann eine störungsfrei ausgebildete Schutzlackierung angenommen werden. Bei Auftreten einer Schwarzfärbung weist deren Ausprägung auch auf die Größe und Geometrie der Schädigung hin, und vom Anwender können sofortige Abhilfen eingeleitet werden. Oben beschriebene alternative oder ergänzende Prüfmethoden zeigen gegenüber Standardtests Vorteile in Aussagekraft und den anfallenden Kosten (Tabelle 1). Sie sind effektive/preiswerte Verfahren, die sowohl zur Optimierung in der Entwicklungsphase von Baugruppen als auch fertigungsbegleitend eingesetzt werden können. Abhängig von den erhaltenen Prüfergebnissen können so Optimierungs- oder Vermeidungsmaßnahmen definiert werden, die von der Verwendung alternativer Beschichtungsmaterialien und/oder –verfahren bis hin zur Anpassung von Applikationsparametern reichen können. Dieser zerstörungsfreie Nachweis homogener und dichter Beschichtungen ergänzt die genormten Verfahren zur Schichtdickenmessung und ist deshalb auch für kostengünstige Stichproben produktionsbegleitend nutzbar. Tabelle 1: Gegenüberstellung etablierter und weiterentwickelter/neuer Testmethoden DER REFERENT Freddy Gilbert studierte Materialwissenschaften an der Polytechnischen Hochschule der Universität Montpellier und der Technischen Universität Berlin zum Master of Engineering. In seiner Position als Technology Analyst im ZESTRON Reliability & Surfaces Team organisiert und führt er Technologie Coachings zu den Themen Schadens- und Oberflächen - analyse sowie Risikobewertung durch. PROFIL ZESTRON ist Partner, wenn höchste Zuverlässigkeit für elektronische Baugruppen gefordert ist. Das Familienunternehmen, mit Sitz in Ingolstadt, steht seinen Kunden als kompetenter Ansprechpartner von der Prozessoptimierung über die Risikoanalyse bis hin zur Schadensanalytik in der Elektronikfertigung zur Seite. Prozessingenieure testen elektronische Baugruppen, Halbleiter oder Leistungselektronik unter Produktionsbedingungen in Reinigungsanlagen führender Hersteller und ermitteln für Elektronikproduzenten herstellerunabhängig die beste Kombination aus Maschine, Reinigungschemie und Prozessüberwachung. Diese Empfehlung basiert auf anhand modernster Analytik-Methoden durchgeführten Untersuchungen. Mit acht Technologie-Zentren weltweit, lokalen Teams von Prozessingenieuren und der Erfahrung aus 3000 erfolgreich installierten Reinigungsprozessen ist das Unternehmen Garant für Zuverlässigkeit und Sicherheit. EPP Oktober 2020 33
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