In Zeiten rasant fortschreitender technologischer Entwicklung gewinnen moderne Inspektionsmethoden in der Elektronikfertigung zunehmend an Bedeutung. Elektronische Baugruppen werden immer komplexer, während gleichzeitig die Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit steigen. Um diesen Erwartungen gerecht zu werden, optimiert JM elektronik seit Jahren kontinuierlich seine Produktions- und Prüfprozesse – von der Planung über die Fertigung und Montage bis hin zur umfassenden Qualitätskontrolle.

Mehrstufige Qualitätskontrolle in der Elektronikproduktion

Die Elektronikmontage (SMT & THT) umfasst zahlreiche Prozessschritte. Viele der heute eingesetzten SMT-Bauelemente sind mit bloßem Auge kaum noch erkennbar, was das Fehlerrisiko in der Produktion erhöht. Deshalb ist eine konsequente Qualitätssicherung in der Leiterplattenbestückung (PCBA) entscheidend.

Bei JM elektronik erfolgt die Qualitätsprüfung mehrstufig:

• Eingangskontrolle der Komponenten während der Kommissionierung
• In-Prozess-Kontrolle mittels SPI (Solder Paste Inspection)
• Automatische optische Inspektion (AOI 3D – Automated Optical Inspection)
• Elektrische Tests (ICT – In-Circuit Test)
• Funktionstests (FCT – Functional Test) mit spezialisierten Testsystemen

Trotz dieser umfassenden Prüfmethoden gibt es Fehlerarten, die sich damit nicht zuverlässig erkennen lassen. In solchen Fällen kommen fortgeschrittene Analyse- und Inspektionsverfahren zum Einsatz.

Metallographische Untersuchungen in der Elektronik

Eine der wichtigsten Spezialmethoden ist die metallographische Analyse, mit der Materialstruktur, Qualität sowie mögliche Defekte und Unregelmäßigkeiten im Grundmaterial sichtbar gemacht werden.

Da es sich um ein zerstörendes Prüfverfahren handelt, wird die Untersuchung an speziell vorbereiteten Proben durchgeführt. Dabei werden sogenannte Schliffe (metallographische Querschnitte von Leiterplatten) analysiert.

Arten der metallographischen Untersuchung

Makroskopische Untersuchung

• Betrachtung mit bloßem Auge, Lupe oder Lichtmikroskop
• Vergrößerung bis ca. 50x

Mikroskopische Untersuchung

• Analyse von präparierten Schliffen
• Einsatz von Hochpräzisionsgeräten wie optischen Metallmikroskopen oder Rasterelektronenmikroskopen (SEM)

Probenvorbereitung für die Analyse

Damit eine Probe untersucht werden kann, muss sie sorgfältig vorbereitet werden:

1. Probenschneiden
Entnahme an definierten Stellen der Leiterplatte (PCB) mithilfe von Sägen oder Trennscheiben.

2. Einbettung (Inklusion)
Schutz der Probe durch Einbetten in duroplastisches Harz – besonders bei kleinen Bauteilen.

3. Schleifen
Mechanisches Glätten der Oberfläche zur Herstellung einer ebenen Struktur.

4. Polieren
Feinstbearbeitung bis zur spiegelglatten Oberfläche, um optimale mikroskopische Ergebnisse zu erzielen.

Ansicht der Untersuchungsprobe:

Analyse und Beobachtung der PCB-Struktur

Nach der Präparation erfolgt die mikroskopische Untersuchung. Dabei können unter anderem folgende Aspekte bewertet werden:

• Qualität des PCB-Basismaterials
• Innenstruktur von Multilayer-Leiterplatten
• Durchkontaktierungen (Plating in Vias)
• Verbindungen zwischen Leiterbahnen und Lagen
• Qualität der Lötstoppmaske (Soldermask)
• Schichtdicken von Oberflächenfinishs

Die Beobachtung erfolgt meist mittels Lichtmikroskopie:

• Hellfeldmikroskopie – Standardverfahren zur klaren Darstellung der Struktur
• Dunkelfeldmikroskopie – Hervorhebung von Einschlüssen und Oberflächenfehlern durch kontrastreiche Darstellung

Rasterelektronenmikroskopie (SEM) für höchste Präzision

Für hochauflösende Analysen im Mikro- und Nanobereich werden Rasterelektronenmikroskope (SEM) eingesetzt. Sie ermöglichen extrem detaillierte Aufnahmen, mit denen selbst Schichtdicken auf Leiterplatten präzise gemessen werden können.

Mit SEM lassen sich nicht nur Querschliffe analysieren, sondern auch:

• Verunreinigungen
• Mikrorisse in Leiterplattenstrukturen
• Korrosionsprodukte
• Materialdefekte, die mit optischen Methoden unsichtbar bleiben

Energie-dispersive Röntgenspektroskopie (EDS / XRF)

Eine weitere hochentwickelte Analysemethode ist die Elementanalyse mittels EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) bzw. Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF).

Dabei wird die charakteristische Röntgenstrahlung eines Materials ausgewertet, um dessen chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Jedes chemische Element besitzt dabei eine eindeutige „Signatur“ – vergleichbar mit einem Fingerabdruck.

Diese Methode ermöglicht:

• präzise Bestimmung der Elementzusammensetzung
• Analyse von Beschichtungen (z. B. Nickel-Phosphor-Schichten)
• quantitative Auswertung der Materialbestandteile

Einsatz moderner Analyseverfahren in der Praxis

Die beschriebenen fortgeschrittenen Inspektionsmethoden in der Elektronikfertigung werden bei JM elektronik seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt. Sie kommen sowohl intern bei der Entwicklung neuer Technologien als auch im Rahmen von Kundenprojekten im EMS-Bereich (Electronic Manufacturing Services) zum Einsatz.

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