Lotkugeln im Test

Die Leiterplatte

Der Erfolg einer Board-Zuverlässigkeitsstudie hängt stark von der eingesetzten Leiterplattentechnik ab. In dieser Studie kamen hoch zuverlässige PCBs zum Einsatz, üblicherweise von Zulieferern für die Luft- und Raumfahrtelektronik verwendet. Die Glasübergangstemperatur (T_g) des Leiterplattenmaterials betrug +170 °C. Die Maximaltemperatur der Temperaturwechsel lag bei +125 °C, also unter der Glasübergangstemperatur. Tatsächlich bedingt die Umstellung auf bleifreies Lot höhere Reflow-Temperaturen, sodass das PCB und alle anderen Bauelemente höheren Prozesstemperaturen standhalten müssen. Mit eutektischen Loten überschritten die Boards ihre T_g bereits in der Reflow-Phase. Die Notwendigkeit einer höheren T_g ergab sich aus der Temperaturdifferenz zwischen T_g und der Spitzentemperatur beim bleifreien Reflow-Löten, ähnlich jener zwischen niedrigerer T_g und der Höchsttemperatur beim eutektischen Reflow-Löten.

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Elektrizität

Die IPC-9701 verlangt die ständige Überwachung der Widerstände der in Reihe geschalteten Testobjekte. Dies ist die strengste Empfehlung jener Norm, doch handelt es sich um die einzige Möglichkeit, Problemstellen sicher zu erkennen. Jener Vorschrift wurde durch die Verwendung zweier Datenlogger des Typs »Eurotherm Chessel 6180A« mit 2 x 48 Kanälen entsprochen. Alle 30 Sekunden wurde der Widerstand jedes Bauteils gemessen (Bild 4).

Gemäß der Norm liegt ein Defekt vor, wenn in höchstens fünf aufeinander folgenden Messungen der Nominalwiderstand um bis zu 20% steigt. Dieser Anstieg lässt sich besonders schwer identifizieren, da der Widerstand temperaturabhängig ist und sich dementsprechend mit Temperaturschwankungen ändert. Jene Besonderheit machte viel zeitraubende Nachbearbeitung nötig, um die Daten zu überprüfen und Störungen zu identifizieren. Glücklicherweise wiesen die Bauelemente ein sehr konstantes Zeitverhalten auf, sodass sich Defekte zweifelsfrei finden ließen.

Ein Profil des Temperaturzyklus’ wurde gemäß der IPC-9701 erstellt. Sowohl die obere als auch die untere Verweilzeit liegt bei 10 Minuten (Bild 5). Mit einer Veränderungsrate von 14 K/min. ergibt sich eine Gesamt-Zykluszeit von 46 Minuten. Um die Änderungsraten zu definieren, wurden Durchschnittswerte von Thermoelementen auf PCBs verwendet.

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