Bildergalerie
Detail einer elektronischen Baugruppe mit Keramik-Kondensatoren.
Defekter Keramik-Kondensator.
Rissbildung in einem Keramik-Kondensator.
Zwei Risse im Innern eines Kerko, wobei der unten beginnende typisch für eine mechanische (Biege-) Beanspruchung ist.
Kurzschluss, der erst nach zwei Betriebsjahren durch Silbermigration entstand und ursprünglich für den zweiten Riss war.
Stereomikroskopische Untersuchung an Schliffbildern.
Das Rood Microtec-Anwesen in Stuttgart.
Rood Microtec in Nördlingen.

Die besonderen Probleme mit Keramik-Kondensatoren (Kerko) sind, dass nur ca. 1 % der beschädigten Kerkos elektrisch detektiert werden können, der Rest ist zunächst unauffällig.

Nahezu 90 % aller Kerko-Ausfälle werden durch Risse in der Keramik verursacht. Die Risse beginnen immer an der Ecke unter der Metallisierung und sind daher oft nicht zu sehen. In der Nachbarschaft eines ausgefallenen Kerkos sind oft weitere von Rissen betroffen.

Ursachen dafür können eine ungünstige Platzierung auf der Baugruppe oder die Ausrichtung zu mechanischen Biegelinien auf der Platine sein. Dazu kommen Verwölbungen der Leiterplatte bei Handhabung oder Transport und beim Nutzentrennen, also Deformation bei der Montage.

Ideal ist natürlich das Erkennen von Defekten vor der Auslieferung, nicht erst beim Feldausfall. Für eine schnelle und damit kostengünstige Analyse sollte der Rissverlauf räumlich zu sehen sein, um Rückschlüsse auf die Ursache zu vereinfachen.

Präventive Untersuchung

RoodMicrotec bietet eine präventive Untersuchungsmethode für die Produktions-Anlaufphase an, um fertigungs- und einbaubedingte Biegerisse zu erkennen und durch geeignete Gegenmaßnahmen vor Produktionshochlauf abzustellen.

Dazu werden Vorserienboards vom Kunden unter Produktionsbedingungen gebaut, bestückt und – idealerweise – im Gerät verbaut, wieder ausgebaut und zur Untersuchung zu RoodMicrotec geschickt. Hier werden dann die Keramik-Kondensatoren entlötet, die Metallisierungen abgeätzt und über eine lichtoptische, mikroskopische Untersuchung lässt sich ein Bericht mit Nennung möglicher Ursachen erstellen.

Zu den konventionellen Untersuchungsmethoden gehören dann Schliffe. Dazu werden defekte oder zu untersuchende Bauteile von der Platine z.B. durch Heraussägen extrahiert, d. h. die Einbettung des Bauteils erfolgt samt dem Board-Fragment. Danach erfolgt das Schleifen in der vorher definierten, zweidimensionalen Ebene. Anschließend erfolgen mikroskopische Untersuchungen der Schliffebene.

RoodMicrotec bietet beide Methoden an – sowohl in der präventiven Analyse als auch im Rahmen der Fehleranalyse. Entscheidend für die Methodenwahl ist dabei das angestrebte Ziel: qualitativer Nachweis von Rissen oder exakte Ursachenforschung.

Unterbrechungen

Werden durch einen Riss einzelne Metallisierungs-Lagen aufgetrennt, kann es zu Kapazitätsänderungen bis hin zum Totalausfall des Kondensators kommen. Je nach Aufgabe des Bauteils in der Schaltung sind unterschiedlich starke Funktionsstörungen die Folge.

Kurzschlüsse

Werden durch einen Riss Lagen so gegeneinander verschoben, dass sich die jeweiligen Nachbarebenen berühren, ergibt sich ein Kurzschluss. Im einfachsten Fall zeigen sich Funktionsstörungen bzw. Systemausfälle. Allerdings wird der überwiegende Teil dieser Shorts schon beim elektrischen Test erkannt.

Folge-Effekte

Manche Effekte ziehen weitere nach sich; so führte zum Beispiel (Bild 5) ein einfacher Riss nach zwei Jahren durch Silbermigration zu einem Kurzschluss. Die hierdurch erzeugte lokale Überhitzung erzeugte eine Materialspannung und generierte einen weiteren Riss.

Derartige Root-Cause-Analysen können mit anschließenden dedizierten Schliffen durchgeführt werden, wenn sich nach der Abätzung des Metalls ein zunächst nicht eindeutiges Fehlerbild von zwei gegenläufigen Rissen zeigt.