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SCHNELLVERBINDUNGEN
Die Box kam mit einem coolen Etikett: „IC-U3, Menge 12.000, Datumscodierung 2024-W18.“ Das war 18 Monate vor dem Montagetag. Im Inneren waren die Rollen noch vakuumversiegelt, die Trockenmittelbeutel unbeschädigt, die Prüfetiketten unberührt. Die Einkaufsgruppe des Endverbrauchers hatte jedes noch so kleine Detail richtig gemacht – früh bestellt, sorgfältig gelagert, umfangreich dokumentiert. Alles außer der Überprüfung des Datumscodes im Vergleich zum Zeitplan.
Auf der SMT-Linie , die erste Rolle erfüllte null Alarme. Die reflowofen profilstimmung entsprach dem Pastendatenblatt. Doch als die Leiterplatten zur Bewertung kamen, sahen die Lötstellen um U3 nicht korrekt aus. Das Lot hatte die Anschlusspins des Bauteils nicht benetzt. Es lag dort in abgerundeten, stumpfen Kugeln und weigerte sich, die Pins zu benetzen. Die Röntgenaufnahme bestätigte das, was das Auge vermutet hatte: eine Reihe von head-in-Pillow lötstellen – die BGA-typische Hohlstelle zwischen Kugel und Pads – sowie zahllose nicht benetzend verbindungen, die bei einer oberflächlichen Sichtprüfung durchgehen würden, aber innerhalb eines Jahres versagen würden.
Hier ist der zweite Haken: Dies geschah tatsächlich nicht, seit der Kunde bittere Pillen gekauft hatte. Es ereignete sich, weil vom Kunden bereitgestelltes Material -- die Komponenten, die Ihr Kunde Ihnen zur Montage übergibt -- eine Uhr mit sich führt, die bereits an der Beschichtungslinie zu ticken beginnt, nicht an Ihrem Dock. Niemand hat den Alarm ausgelöst. Und wenn er ertönt, klingelt er in Ihrem Reflow-Ofen, während Ihrer Schicht und zu Ihren Lasten.
Vom Kunden bereitgestelltes Material (CSM) -- auch als vom Kunden gestelltes Material bezeichnet -- ist die einzige Eingangskomponente, bei der der Montagebetrieb die geringste Kontrolle ausübt und gleichzeitig einer der größten Risiken ausgesetzt ist. Die Komponenten stammen aus dem Lager des Kunden, eines Brokers oder eines Distributors. Der Montagebetrieb ist für das Endprodukt verantwortlich, jedoch nicht für die Beschaffung. Diese Aufteilung schafft einen unsichtbaren Bereich: Beschaffungsentscheidungen (wie lange Lagerbestände gehalten werden, wo sie gelagert werden und wann sie eingesetzt werden) trifft der Kunde, während die Folgen auf der Produktionslinie spürbar werden.
Und der Ausfallmodus ist gefährlich. Oxidierte Anschlüsse sehen nicht beschädigt aus. Eine Rolle bleiüberzogen QFP-Anschlüsse aus dem Jahr 2024 könnte genauso aussehen wie eine Rolle aus dem vergangenen Monat – vielleicht etwas matter, wenn man genau hinsieht, doch nichts, was einer Eingangsprüfung nicht standhalten würde. Die Oxidschicht auf der Beschichtung wird in Nanometern gemessen. Sie ist mit bloßem Auge unsichtbar, unsichtbar unter einem digitalen Mikroskop und dennoch vollkommen ausreichend, um das Benetzen durch Lot zu verhindern.
Die Oberfläche eines modernen Bauteilanschlusses besteht aus einer Schicht – normalerweise zinn oder Zinn-Blei auf einer Kupfer- oder Legierungsgrundlage. Die Beschichtung dient einem einzigen Zweck: eine Oberfläche bereitzustellen, an der flüssiges Lot haften kann. Unbeschichtetes Kupfer würde innerhalb weniger Stunden oxidieren. Zinn oxidiert deutlich langsamer – doch es oxidiert durchaus. Bei Monaten Lagerzeit und Umgebungsfeuchtigkeit bildet sich eine Schicht zinnoxid darauf aus. Lot benetzt Zinnoxid nicht. Es benetzt sauberen Stahl.
Die Uhr für diesen Vorgang ist die Beschichtungsdicke lebensdauer , und die Branchenvereinbarung ist eindeutig: Die Lotfähigkeit der Komponenten ist normalerweise für 6 bis zwölf Monate ab dem Beschichtungsdatum gewährleistet, wobei die Verschlechterung nach zwei Jahren beschleunigt einsetzt. Die Garantie unterliegt bestimmten Bedingungen – geschlossene Verpackung, kontrollierte Luftfeuchtigkeit und angemessene Temperatur. Wird auch nur eine dieser Bedingungen verletzt, läuft die Zeit schneller ab. Lagert man Bauteile in einer feuchten Lagerstätte ohne Trockenmittel, kann ein 12-Monats-Teil bereits nach vier Monaten seine Lotfähigkeit verlieren.
Es gibt ein zweites, damit verbundenes Versagensmuster, das das Problem verschärft: feuchtigkeitsaufnahme viele IC-Gehäuse sind feuchtigkeitsempfindlich (MSL-klassifiziert). Komponenten, die unter feuchten Bedingungen gelagert werden, nehmen Feuchtigkeit in das Formmaterial auf. Bei Reflow-Temperaturen – üblicherweise 240–260 ° °C für bleifreie Lote – verdampft diese Feuchtigkeit schlagartig zu Dampf, wodurch das Gehäuse von innen heraus platzen kann; dieses Phänomen wird als popcorning die Anschlüsse können fehlerlos angelötet werden. Das Paket ist dennoch beschädigt. Bei vom Kunden bereitgestellten Bauteilen, die langfristig gelagert werden, treten Oxidation und Feuchtigkeitsaufnahme typischerweise gemeinsam auf; sie verursachen Fehler, die völlig unterschiedlich erscheinen, jedoch dieselbe Ursache haben: Zeit in einer nicht kontrollierten Lagerumgebung.
Wenn ein oxidiierter Anschluss im Reflow-Ofen auf flüssiges Lot trifft, ist die Physik unbarmherzig. Benetzung erfordert, dass das Lot eine intermetallische Bindung mit dem Grundmetall eingeht – das bedeutet, dass es die Oberflächenoxid-Schicht auflösen muss, um sauberes Metall zu erreichen. Das flux in der Lotpaste soll diese Aufgabe übernehmen, indem es die Oxidschicht chemisch entfernt. Doch Flussmittel besitzt begrenzte Kapazität. Eine normale Oxidmenge wird rasch verbraucht. Eine dicke Oxidschicht nach 18 Monaten Lagerung kann das Flussmittel erschöpfen, bevor die Oberfläche sauber ist, sodass das Lot nichts mehr hat, mit dem es eine Bindung eingehen könnte.
Die bemerkbaren Ergebnisse lassen sich in drei Varianten finden, alle dokumentiert in den IPC-Handarbeit-Kriterien:
Nicht benetzend – Das Lot berührt die Leitung, haftet jedoch niemals. Die Verbindung ähnelt Lot, das auf Glas liegt. Sie könnte eine visuelle Prüfung bestehen, falls die Geometrie sie verbirgt, und wird elektrisch im ungünstigsten möglichen Moment ausfallen.
Abperlen – Das Lot benetzt zunächst, zieht sich dann aber zurück und bildet Körner, während sich das Oxid darunter erneut bildet. Das Ergebnis ist eine Verbindung mit unvollständigem Schutz und deutlich verringertem Festigkeitsvermögen. Entbenetung ist das klassische Kennzeichen einer grenzwertigen, leicht oxidierten Oberfläche.
Head-in-Pillow – Die Kugel bei einem BGA oder das Lot auf der Padsfläche verschmilzt niemals mit der lötbaren Oberfläche der Komponentenleitung. Es entstehen zwei getrennte Lotmassen, die im Röntgenbild verbunden erscheinen, tatsächlich aber kaum Kontakt haben. Kopf-in-Kissen ist die gefährlichste der drei Varianten, da sie am schwersten zu erkennen ist und besonders häufig zu wiederholten Bereichsausfällen führt.
Hier wird das CSM-Problem für das Montagehaus strukturell unzumutbar. Kriterium eingangsprüfung prüft Menge, Verpackung, Datumscode und optische Mängel. Keine dieser Prüfungen enthält Oxidschichten. Eine spezialisierte lötbarkeitsprüfung – die Tauch-und-Betracht-Methode oder die Benetzungs-Gleichgewichtsprüfung gemäß J-STD-002 – würde dies sicherlich erfassen; doch diese Prüfung ist zerstörend, zeitaufwändig und wird nur äußerst selten bei kundenseitig gelieferten Großmengen durchgeführt – es sei denn, es liegt bereits ein Problem vor.
Selbst eine vollständige Lötbarkeitsprüfung an einer Stichprobe unterliegt statistischen Einschränkungen. Die Oxidbildung verläuft nicht einheitlich über eine Rolle oder über einen Satz hinweg. Die Rolle-Kante, die Luft ausgesetzt war, kondensiert unzureichend; die Mitte hingegen, geschützt durch benachbarte Teile, kondensiert stärker. Eine Stichprobe aus fünf Teilen kann bestehen, während der Rest der Charge versagt. Sie prüfen nicht die Charge – Sie prüfen die fünf Teile, die Sie ausgewählt haben.
Sobald das Problem auftritt, lautet die erste Frage stets: „Wessen Fehler?“ Die Konstruktionsabteilung des Kunden weist auf den Montageprozess hin – auf das Konto, die Paste und die Handhabung. Die Montagestelle wiederum weist auf das Material hin. Beide Seiten haben teilweise Recht, und keiner der beiden Seiten sind die Hände sauber.
Die unmittelbare Antwort lautet, dass die Verantwortlichkeit bereits vor dem Einlauf der Rollen in die Fertigungslinie schriftlich festgelegt werden müsste. Der branchenübliche Weg, dies zu regeln: Die Montagestelle führt bei Rechnungseingang eine lötbarkeitsprüfung an vom Kunden bereitgestelltem Material durch, kennzeichnet Fertigungsdaten, die älter als zwölf Monate sind, und erhält die schriftliche Bestätigung des Kunden, dass alternde Komponenten auf dessen eigenes Risiko montiert werden – oder dass alternde Komponenten vor der Montage abgelehnt werden. Dieser einzige Schritt verlagert die Diskussion von „Sie haben meine Komponenten beschädigt“ zu „Die Komponenten waren als risikobehaftet bekannt, und wir haben gemeinsam festgelegt, wie damit umzugehen ist.“
Nichts davon ist neu. Das Vorgehen ist kurz und bewährt:
Anzeige bei Erhalt. Überprüfen Sie die Herstellungsdaten im Vergleich zum 12-Monats-Lötbarkeitszeitraum. Führen Sie an einer Stichprobe aus jeder Charge, die älter als sechs Monate ist, eine Tauch-und-Prüf- oder Feuchtegleichgewichtsprüfung durch. Dies dauert eine Stunde und erfasst potenzielle Schäden.
Lagern Sie kundenseitig bereitgestellte Komponenten so, als wären sie Ihre eigenen. Sicher aufbewahren in einem trockenen Schrank mit kontrollierter Luftfeuchtigkeit. Falls Komponenten des Kunden in geöffneter oder nicht versiegelter Verpackung eintreffen, dokumentieren Sie dies schriftlich. Feuchtekontrolle kostet nur wenige Cent pro Rolle und schützt sowohl vor Oxidation als auch vor feuchtebedingten Schäden an der Verpackung.
Trocknen Sie zur Entfernung von Feuchtigkeit – aber nicht zur Entfernung von Oxid. Das Erhitzen eines MSL-zertifizierten Bauteils entfernt aufgenommene Feuchtigkeit und verhindert das Popcorning – dieser Teil ist tatsächlich korrekt. Das Erhitzen stellt jedoch nicht die Lotfähigkeit wieder her. Eine oxidierte Anschlussfläche bleibt oxidiert, und keine noch so hohe Temperatur kehrt diese chemische Reaktion um. Gruppen, die beides verwechseln, erhitzen schließlich 18 Monate alte Komponenten, erklären sie für einwandfrei und sehen dieselben Benetzungsausfälle dann doch in der Fertigung.
Stimmen Sie die Gefahr vor der Montage ab, nicht danach. Die Bestellung oder der Einrichtungsvertrag muss festlegen, was geschieht, wenn vom Kunden bereitgestellte Produkte die Lotfähigkeitstestung nicht bestehen: Ablehnung und Rücksendung, Montage auf Risiko des Kunden oder Neubeschichten auf Kosten des Kunden. Schriftlich festgehalten vorab ist dies eine Prozessanmerkung. Schriftlich festgehalten nach einem fehlgeschlagenen Satz ist dies ein rechtlicher Konflikt.
Vom Kunden bereitgestelltes Material ist der einzige Bereich in PCB montage wo die Gesetze der Chemie und die Bedingungen einer Vereinbarung aufeinandertreffen. Die Chemie ist schonungslos: ein Nanometer Oxid, unentdeckbar und harmlos wirkend, stoppt Lot vollständig. Die Vereinbarung ist freiwillig – nichts zwingt eine Person dazu, einen Datumscodex zu prüfen, eine Benetzungsuntersuchung durchzuführen oder das Risiko schriftlich festzuhalten.
Die Hersteller, die diesen Ausfall verhindern, sind nicht diejenigen mit besseren Ofen oder besserer Lotpaste. Sie sind diejenigen, die einen Datumscodex als Fälligkeit statt als Etikett behandeln. Die Uhr beginnt an der Beschichtungsanlage am Tag, an dem das Bauteil fertiggestellt wird. Sie hält weder kurz für Vakuumdichtungen, noch für Bestellungen oder gute Absichten an. Prüfen Sie es, bevor die Rolle die Anlage erreicht – oder erklären Sie dem Kunden, warum seine 18 Monate alten Teile in Ihrem Reflow-Ofen und nicht in seinem eigenen versagten.
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