Elektronikfertigung

Worauf kommt es bei einer hochzuverlässigen Elektronikfertigung an? Auf jeden Fall auf solide Bauteile, die halten, was sie versprechen. Retronix/Shutterstock

Naturkatastrophen, Wirtschafts- und Finanzkrisen und nun aktuell die weltweit grassierende Sars-Cov2-Pandemie reißen immer wieder große Löcher in viele der globalen Lieferketten von elektronischen Bauteilen. Daraus ergeben sich zwangsläufig lange Lieferzeiten bei der Bauteilbeschaffung. Im Dilemma, die gesetzten Liefertermine gegenüber dem Kunden einzuhalten, begeben sich Elektronikfertiger auf die Suche nach Alternativen zu ihren etablierten Lieferanten und Standard-Einkaufsquellen. Dabei greifen sie zwangsläufig auf non-franchised Distributoren respektive freie Vertragshändler zurück, wissend, dass ein gewisses Restrisiko durchaus gegeben ist, mit gefälschten Bauteilen konfrontiert zu werden. Denn speziell non-franchised-Distributoren sind nicht davor gefeit, Plagiaten aufzusitzen.

Wie lässt sich die geforderte Bauteilqualität dennoch zweifelsfrei sicherstellen? Systempartner Factronix hält gemeinsam mit dem schottischen Unternehmen Retronix ein breites Dienstleistungsportfolio bereit, um die Qualität der Bauelemente zu bestätigen. Daher gehören neben Elektronikfertigern auch freie internationale Händler zu deren Kundenstamm. Über die Jahre hat Retronix einen umfangreichen Kriterien- und Maßnahmenkatalog erarbeitet, der sich auf relevante Normen und Richtlinien stützt.

Gemeinsam mit Retronix bietet Factronix umfangreiche Service-Dienstleistungen als Säule für ein professionelles Obsoleszenzmanagement seiner Anwender an. So etwa den Lötbarkeitstest, der sicherstellt, dass die Anschlusskontaktierung wirklich lötbar ist.

Gemeinsam mit Retronix bietet Factronix umfangreiche Service-Dienstleistungen als Säule für ein professionelles Obsoleszenzmanagement seiner Anwender an. So etwa den Lötbarkeitstest, der sicherstellt, dass die Anschlusskontaktierung wirklich lötbar ist. Retronix

Augen auf im Wareneingang

Dass gefälschte Bauteile plump daherkommen, gehört der Vergangenheit an. Die Industrie der Produktpiraterie hat sich spezialisiert, weshalb sich Chip-Verarbeiter nur schwer gegen Plagiate wappnen können. Rund drei Prozent aller derzeit auf dem Markt gehandelten Halbleiter sind keine Originale, vermuten Experten. Müssen Bauteile mit nicht mehr gesicherten Verhaltensparametern von einer Baugruppe entfernt werden, verzögert sich nicht nur die fristgerechte Auslieferung der Baugruppen. Auch der finanzielle Mehraufwand ist erheblich. Deshalb ist es unerlässlich, Komponenten, die aus unsicherer Herkunft stammen, vor ihrem Einsatz auf ihre korrekte Funktionalität unter Einhaltung der Datenblattparameter zu prüfen.

Teststrategien als Säule für Ihr Obsoleszenzmanagement: Bauteile abseits zertifizierter Quellen, sind nicht immer Originale. Darum sind dezidierte Tests unabdingbar.

Teststrategien als Säule für Ihr Obsoleszenzmanagement: Bauteile abseits zertifizierter Quellen, sind nicht immer Originale. Darum sind dezidierte Tests unabdingbar. Retronix

Bereits im Wareneingang gibt die eintreffende Verpackung der Bauteile einen ersten Hinweis, wie die Bauteilqualität einzustufen ist. Beschädigte oder aufgerissene ESD- und MSL-Verpackungen sind genauso ein Indikator für eine unsachgemäße Behandlung der Bauteile wie schlampige Warenetiketten und fehlende Trockenbeutel. Verbogene Anschlüsse, fehlende BGA-Kugeln oder beschädigte Gehäuse von ICs sind im nächsten Schritt leicht zu detektieren und solche fehlerhaften Bauteile lassen sich im Wareneingang entsprechend ausschleusen. Genauer hinsehen muss man allerdings bei unsauber oder schräg aufgebrachten Typenbezeichnungen und weiteren Aufdrucken auf den Bauelementen selbst. Der chemische Markierungsbeständigkeitstest legt schnell eine manipulierte Beschriftung frei.

Physikalische Maßnahmen, um Zweifel auszuschließen

Um Bauteile auf Herz und Nieren zu prüfen, gilt es, sich sozusagen von außen nach innen heranzutasten. So ist es mit der Röntgenfluoreszenz-Analyse (XRF) möglich, die Legierungszusammensetzung der Anschlüsse zu ermitteln. Dadurch wird der Nachweis erbracht, ob die Metallisierung wirklich RoHS-konform und damit bleifrei ist oder ob es sich um bleihaltige, eventuell gar mit Reinzinn überzogene Anschlüsse handelt. Ein Protokoll zeigt die genauen Werte als Prüfnachweis an. Daran anschließend ist ein Lötbarkeitstest immer sinnvoll – nicht nur beim Verdacht auf Plagiate. Dieser Test stellt sicher, ob die Anschlusskontaktierung wirklich lötbar ist. Zum Beispiel weisen überlagerte Bauteile einen Oxidationsschaden auf, welcher eine schlechte Lötbarkeit zur Folge hat. Ein Refreshing schafft bei diesem Problem rasch Abhilfe.

Im Röntgensystem sichtbar gemacht: „Gut“ gemachte Fälschungen (r.) sind kaum vom Original (l.) zu unterscheiden.

Im Röntgensystem sichtbar gemacht: „Gut“ gemachte Fälschungen (r.) sind kaum vom Original (l.) zu unterscheiden. Retronix

Ein 3D-Scanner misst Koplanarität, Anstellwinkel, Pin- sowie Ball-Abstände und viele weitere Geometrien der Bauteil-Anschlüsse. Diese Parameter sind für eine sichere Anbindung enorm wichtig, damit die Kontakte auch wirklich mit den Pads eine zuverlässige Lötverbindung eingehen können.

Unsichtbares sichtbar machen können Röntgensysteme. Mit ihrer sehr hohen Auflösung, Bildschärfe und Messgenauigkeit lassen sich Fehler in Drahtbond- und Wafer-Level-Verbindungen sowie Leadframes zweifelsfrei erkennen, ebenso wie fehlerhafte Lötverbindungen und Kurzschlüsse. Spätestens an dieser Stelle entscheidet sich, ob das Bauteil unbekannter Herkunft verbaut werden kann oder es besser zurückgewiesen werden sollte.

Herrscht trotz Röntgeninspektion noch nicht hundertprozentige Klarheit, gibt es noch die mechanisch zerstörende und damit letzte Station der physikalischen Testmöglichkeiten: das Decapping eines Bauteils. Ziel hierbei ist nicht nur die visuelle Inspektion der Mikroschaltkreise. Mit dem Decapping können Hersteller, Datecode und ID-Kennzeichnungen auf dem Die freigelegt werden und zur weiteren Plagiatanalyse verwendet werden.

Elektrische Maßnahmen für mehr Sicherheit

Plagiate zweifelsfrei erkennen: Mittels Decapping ist es möglich, ins Innere des Bauteils zu schauen (l.), um wie im Beispiel des RAM-Speichers (r.) die ID zu ermitteln.

Plagiate zweifelsfrei erkennen: Mittels Decapping ist es möglich, ins Innere des Bauteils zu schauen (l.), um wie im Beispiel des RAM-Speichers (r.) die ID zu ermitteln. Factronix

Elektrische Tests sollten in einer Teststrategie für eine hochzuverlässige Elektronik nicht fehlen. Sie kommen allerdings auch dann zum Einsatz, wenn es sich um Komponenten handelt, die von veralteten Baugruppen abgelötet wurden. Das können beispielsweise teure oder bereits abgekündigte Prozessoren oder Speicher sein, deren Wiederverwendung durchaus in Frage kommt. Beim Kennlinientest (Curve-Trace-Test) werden Spannungen an relevante Pins angelegt und dadurch eine Stromkurve ausgebildet. Dieser Test ermittelt den elektrischen Fußabdruck des Bauteils, der sich mit den Daten im Datenblatt abgleichen lässt.

Eine Oxidschicht an den Bauteilanschlüssen minimiert die Lötfähigkeit erheblich. Eine Neuverzinnung macht die beeinträchtigten Bauteile wieder fit für die Weiterverarbeitung.

Eine Oxidschicht an den Bauteilanschlüssen minimiert die Lötfähigkeit erheblich. Eine Neuverzinnung macht die beeinträchtigten Bauteile wieder fit für die Weiterverarbeitung. Retronix

Einfache Funktionstests (Key-Functional-Test, KFT) überprüfen die Schlüsselfunktionen des Bauteils und geben Auskunft darüber, ob die Basisdaten mit dem Datenblatt übereinstimmen. Sie sind von den Setup- und Testkosten her relativ günstig, sind schnell umzusetzen und haben dennoch hohe Aussagekraft über eine echte oder gefälschte Ware. Diese Tests prüfen die wichtigsten Basis-Parameter, speziell diskreter und analoger Komponenten. Hier zeigt sich, ob eine unsachgemäße Behandlung (ESD), Hitze, zu hohe Spannungen oder Ströme Schäden am Bauelement hinterlassen haben.

Bei programmierbaren Bauteilen bietet sich mit dem so genannten Memory-Test die Möglichkeit eines einfachen, schnellen Funktionstests an, indem die Speicherbereiche des Bauteils mit Prüfmustern programmiert, verifiziert und anschließend wieder gelöscht werden. Der Memory-Test liest dabei auch den Identifier des Chips aus, der nicht manipuliert werden kann. Ein besonderes Augenmerk ist bei sogenannten OTP-Bauteilen (einmal programmierbar) nötig: Hierbei ist es wichtig, durch eine Prüfung mittels Blankcheck herauszufinden, ob sich bereits ein Quellcode im Speicher-IC befindet, der diesen dann für weitere Anwendungen praktisch unbrauchbar macht.

Die optimale Kombination verschiedener Test- und Analysemethoden ist essenziell, da keine Methode allein alle wichtigen Ergebnisse liefert. Deshalb rundet der Temperaturtest den Reigen an Verifikationsmöglichkeiten ab: Hierbei geht es darum, sicherzustellen, ob die Bauteile zweifelsfrei über den gesamten Temperaturbereich gemäß Datenblatt, bis hin zu den jeweiligen Grenzbereichen, zuverlässig funktionieren. Dieser Test erlaubt auch ein Selektieren, ob Bauteile höheren Spezifikationen entsprechen und ein Upscreening in eine höhere Leistungsklasse (IND, MIL) möglich ist.

rückgewinnung von Bauteilen

BGA_Reballing mittels Laser. Factronix

BGA-Reballing mittels Laser. Factronix

Die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Bauteilen auf Baugruppe spart bares Geld – insbesondere, wenn es sich um teure und/oder abgekündigte Bauteile handelt. Das BGA-Reballing mittels Laser ist das schonendste Verfahren für den BGA und übertrifft die Vorgaben der IPC deutlich, da der BGA beim Reballing keinerlei Wärmestress ausgesetzt ist. Das von Retronix verwendete Laser-Reballing ist das einzige Verfahren beim Rework von BGAs, welches die Herstellervorgaben von maximal drei Reflow-Zyklen, denen ein Bauteil maximal ausgesetzt werden darf, erfüllt. Mittels einer eigens hierfür konzipierten Produktionsmaschine zur Herstellung von BGAs werden die BGA-Kugeln einzeln mit Hilfe eines Lasers aufgebracht. Ein kurzer Laserimpuls erwärmt Pad und Ball für wenige Millisekunden und setzt eine einzelne vorgefertigte BGA-Kugel von exakter Größe (Preform) auf. Das Bauteil selbst bleibt während des gesamten Prozesses auf Raumtemperatur. Der Prozess erfolgt unter Stickstoff-Atmosphäre.

Bauteilfälschungen auf der Spur

Gemeinsam mit Retronix bietet Factronix umfangreiche Service-Dienstleistungen als Säule für ein professionelles Obsoleszenzmanagement seiner Anwender an. Angesichts der gestiegenen Beschaffungsprobleme sind flexible Teststrategien für eine gesicherte Fertigungsqualität von elektronischen Baugruppen unabdingbar. Alle bei Retronix ermittelten Untersuchungsergebnisse werden dem Kunden in einem detaillierten und umfassenden Analyse- und Untersuchungsbericht zur Verfügung gestellt.