Bauteilfehlern auf der Spur

Mit seiner knapp 30-jährigen Firmengeschichte hat HTV Halbleiter-Test & Vertrieb ein umfassendes Know-how hinsichtlich Bauteile und Komponenten aufgebaut und sein Maschinenpark entsprechend auf die wachsenden Testanforderungen kontinuierlich aufgebaut. Mehr als 170 Ingenieure, Doktoren, Technikern und Facharbeiter untersuchen elektronische Komponenten bis ins kleinste Detail. Hierbei kommen nicht nur Datenblattprüfungen bei den unterschiedlichsten Umgebungstemperaturen zum Einsatz. Umfangreiche Untersuchungen mittels 3D-Röntgen, Bauteilöffnung oder auch FTIR-Spektroskopie ermöglichen überdies Einblicke in alle Details und Aspekte elektronischer Komponenten bis in die unterste Konstruktionsebene hinein.

Zur elektrischen und optischen Prüfung stehen dem Testdienstleister eine Vielzahl hochkomplexer Großtestsysteme zur Verfügung, die elektronische Bauteile entweder rein digital oder aber auch analog/digital in einem weiten Temperaturbereich von -60 °C bis 180 °C auch in Serienstückzahlen komplett gemäß Datenblatt testen. Kunden für diese Dienstleistung sind zum einen Asic-Designhäuser, die ihre eigenen Bauteile entwicklungsbegleitend und dann auch in Serienstückzahlen getestet haben möchten und zum anderen Käufer von Ware aus dem freien Bauteilmarkt, die sicherstellen wollen, dass es sich um Originalware mit den entsprechenden Eigenschaften handelt. Zusätzlich ist oftmals die Selektion spezifischer Parameter erforderlich.

Analytiklabor für fertigungsbegleitende Qualitätsuntersuchungen

Das umfassend ausgestattete Analytiklabor wird von Kunden vielfach in Anspruch genommen, um fertigungsbegleitende Qualitätsuntersuchungen an Leiterplatten und Baugruppen durchzuführen oder Lötstellen- und Bauteilfehler zu analysieren, um deren Ursache zu ermitteln. Hierzu stehen neben 3D-Röntgentomografie auch Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit EDX und Infrarotspektroskopie (FTIR) zur Verfügung. Proben für die Schliffbilduntersuchung werden bei Bedarf aufwendig mittels Ionenätzen so präpariert, dass auch dünnste Schichten und Strukturen zweifelsfrei zu erkennen sind. Das HTV-Analytiklabor besitzt zudem umfangreiche Möglichkeiten, um die Originalität und Qualität zugelieferter Teile bewerten zu können:

Die Belieferung mit elektronischen Bauteilen durch so genannte Beschaffungsdienstleister ist mittlerweile zu einer gängigen Praxis geworden. Dies hat vielerlei Gründe. Zum einen sind viele Bauteile durch sehr lange Lieferzeiten nicht für kurzfristige Lieferverpflichtungen verfügbar und müssen daher anderweitig beschafft werden. Zum anderen steigt die Anzahl der Bauteilabkündigungen permanent an und zwingt die Hersteller hochwertiger und langlebiger Produkte diese im Rahmen eines last-buys zu beschaffen oder falls dieser schon vorbei ist, die Bauteile über andere Vertriebskanäle zu erwerben. Beide Fälle sind hinsichtlich der Sicherheit der Bauteilqualität bedenklich, da oftmals nur wenig über die Quellen bekannt ist, aus denen diese Teile stammen. So können die Komponenten bestenfalls aus Überbeständen kommen und lediglich einen etwas älteren Datecode besitzen. Die Realität ist jedoch oftmals, dass die Ware aus gesperrten Beständen oder aus dem Ausschuss von Herstellerproduktionen stammt. Schlimmstenfalls sind die Teile komplette Fälschungen und entsprechen den Hersteller-Datenblattangaben nur rudimentär.

Geeignete Strategien zur Sicherung der Qualität und Bestimmung der Originalität derartig beschaffter Komponenten sind somit für die Wahrung der Qualität der eigenen Produkte essentiell. Daher gilt es die Bauteilqualität und -verfügbarkeit im Vorfeld zu sichern: Die vielfältigen Strategien und Untersuchungsverfahren sowie die langjährige Erfahrung des Test-Dienstleisters ermöglichen die Identifizierung von Schwachstellen und Fehlerpotential rechtzeitig und vermeiden unkalkulierbare  Risiken und Kosten durch ungeprüfte Bauteile.

Strategien zur Sicherung der Bauteilqualität

Je nach Ausgangssituation bieten sich unterschiedliche Strategien zur Sicherung der Bauteil- und damit der Fertigungsqualität an. Zunächst muss die korrekte Funktionalität und die Einhaltung der Datenblattparameter sichergestellt werden. Dies erfolgt bei HTV über komplexe Prüfsysteme oder eigens für die gewünschten Untersuchungen erstellten Prüfapplikationen. Dabei wird die Originalität der zugekauften Teile über eine detaillierte mikroskopische Untersuchung des äußeren und nach chemischer Öffnung auch des inneren Aufbaus sichergestellt. Zum einen ist es dann möglich, die Beschriftung der Dies mittels Vergleich mit einem „Golden Device“ zu verifizieren, zum anderen werden die Die-Oberflächen auf Hinweise möglicher Fälschungen, Manipulationen oder Aussortierungen hin untersucht.

Eine anschließende 3D-Inspektion der Anschlusspins inklusive Koplanariätsprüfung stellt sicher, dass alle Bauteilanschlüsse beim Bestücken auch wirklich gelötet wurden und keine möglicherweise erst im Feld festgestellte intermittierende Fehler durch „Auflieger“ entstehen. Ein vollautomatischer Lötbarkeitstest mit Benetzungswaage und automatischer Protokollierung sämtlicher Ausgangsparameter sorgt für eine konstante Qualität der Lötverbindungen im Fertigungsprozess. Zeigt der Lötbarkeitstest allerdings Auffälligkeiten, so lässt sich mittels des sehr schonenden eigens entwickelten Revivec-Aufarbeitungsverfahrens auf Plasmabasis die Lötbarkeit wieder herstellen. Die komplette Entfernung oxidierter und durchdiffundierter Zinnschichten und des anschließenden Aufbaus einer sehr stabilen und lötfähigen Reinzinn-Schicht mittels des neuartigen Novatin-Verfahrens ermöglicht auch bei stark beeinträchtigten Teilen eine sichere Verarbeitung im Lötprozess. Ebenso bietet sich vorbeugend eine entsprechende Langzeitkonservierung nach dem TAB-Verfahren an, das die Verfügbarkeit von abgekündigten Bauteilen über mehrere Jahrzehnte durch eine wirkungsvolle Reduzierung der Alterungsprozesse sichert.

Bei einer sinnvollen auf die jeweilige Situation zugeschnittenen Kombination der Verfahren erzielt man eine hohe Sicherheit für die Qualität der gesamten Baugruppe auch wenn nicht immer Bauteile aus „sicheren“ Quellen verfügbar sind. Das angestrebte Null-Fehlerziel bei der Baugruppenfertigung ist und bleibt eine große Herausforderung jedoch sieht die Realität in vielen Fällen anders aus. Diese Fälle gilt es zu analysieren und adäquate Gegenmaßnahmen zu treffen, um auch in außergewöhnlichen Situationen die gewohnte und für den Firmenerfolg essentielle Qualität ausliefern zu können.

Fehlerquote im Fertigungsprozess senken

Um die Fehlerquote im Fertigungsprozess möglichst gering zu halten, ist es wichtig, bereits im Vorfeld auf ideale Eingangsvoraussetzungen zu achten. Dies betrifft im Wesentlichen alle Prozessparameter und deren genaue Einhaltung. Ein weiterer sehr wichtiger Punkt ist jedoch die Qualität der verwendeten Bauteile. Dabei hängt die Gesamtqualität der Baugruppe entscheidend von der Qualität der Einzelbauteile ab. Ein einziges qualitativ schlechtes Bauteil oder eine schlechte Lötverbindung kann die Funktion und Qualität der gesamten elektronischen Baugruppe gefährden. Idealerweise werden somit also nur Bauteile verwendet, die aus qualitativ hochwertigen Quellen stammen. Der Datecode ist möglichst aktuell und die Ware ist genauso konfektioniert (beispielsweise auf Gurt) wie sie hinterher in der Fertigung benötigt wird.

Speziell in Zeiten von Allokation und Abkündigungen muss man sich jedoch manchmal von solch hehren Zielen verabschieden. Um die Produktion aufrechtzuerhalten und die Kunden und ihre Fertigungsstraßen weiter beliefern zu können, werden so manche „Sonderfreigaben“ gemacht. Aus Kostengründen wird möglicherweise auf unterstützende Maßnahmen und Untersuchungen verzichtet. Teuer auf dem Graumarkt eingekaufte Bauteile lassen im Budget keinen Spielraum mehr für detaillierte Analysen der Originalität beziehungsweise der Qualität und Funktionalität derart beschaffter Bauteile. Betrachtet man eine solche Vorgehensweise, so muss man feststellen, dass bereits ein einziges größeres Fertigungsproblem ein Vielfaches der Kosten erzeugt, die geeignete Untersuchungen im Vorfeld verursacht hätten, vorausgesetzt das Qualitätsproblem ist noch im Hause erkannt worden. Sind die betroffenen Baugruppen bereits beim Kunden oder im Feld, ist mit weitgehenden und möglicherweise existenzbedrohenden Regressansprüchen zu rechnen. Nicht zu vergessen sind auch Vertragsstrafen, die bei nicht pünktlicher Lieferung drohen, falls das Bauteilproblem zwar erkannt wurde, jedoch die Beschaffung eines Ersatzbauteils langwierig und das Reworking der betroffenen Baugruppe aufwendig und schwierig ist. Elektrische Prüfungen und ausführliche Analysen fremdbeschaffter Teile sind somit wichtiger Bestandteil einer vorausschauenden Unternehmenspolitik.

(mrc)