Neben der funktionalen Qualifikation elektronischer Bauteile steigt die Nachfrage vor allem nach physikalischer Qualifikation, d.h. der Aufbauanalyse an Bauteilen. Denn diese Methode deckt Schwachstellen auf, die bei der elektrischen Qualifikation oft verborgen bleiben und die Langzeitzuverlässigkeit der Komponenten massiv beeinträchtigen können.
Dipl.-Physiker Jürgen Gruber, Leiter der Technologie- und Fehleranalyse bei der microtec GmbH, testlab for opto+microelectronics, in Stuttgart
Die Methodik ist im Bereich der ICs unter dem Begriff „Destructive Physical Analysis“ (DPA) bekannt und hat dazu geführt, dass die Zuverlässigkeit dieser Bauelemente schon seit einigen Jahren trotz ihrer Komplexität sehr hoch ist, da anhand der Ergebnisse Schwachstellen im Herstellungsprozess erkannt und abgestellt werden konnten. Methoden und die gut-/ schlecht-Kriterien für die physikalische Qualifikation von ICs sind im MIL-STD 883 verzeichnet.
Die Methoden der physikalischen Qualifikation lassen sich auch auf andere Bauteile der Elektronik anwenden, sie müssen lediglich entsprechend angepasst werden. Dafür ist Erfahrung auf dem Gebiet der Ausfallmechanismen sowie der technischen Testmöglichkeiten notwendig, um ein geeignetes Qualifikationsprogramm zu generieren.
Nachfrage nach physikalischer Qualifikation steigt
Die Gründe für die steigende Anfrage sind hohe Anforderungen hinsichtlich der Langzeitzuverlässigkeit. Denn oftmals deckt die DPA Schwachstellen auf, die bei der elektrischen Qualifikation unerkannt bleiben. Vor allem in der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrttechnik werden niedrige Ausfallraten gefordert. Aber auch Einsparungen auf Kosten der Qualität in wirtschaftlich schwierigen Zeiten schlagen nun erkennbar bei der Produkt-Zuverlässigkeit zu Buche. „Vermehrt kommen auch Bauteile zur Analyse, die früher aufgrund ihrer vermeintlich einfachen Technologie nicht oder nur rudimentär analysiert wurden“, erklärt Jürgen Gruber, Leiter der Fehler- und Materialanalyse bei microtec GmbH, den Anstieg der Nachfrage. „Wir machen die Erfahrung, dass hierbei Produktionsverlagerungen mit fertigungstechnischen Schwachstellen für gravierende Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit verantwortlich sind.“
Vorteile durch Destructive Physical Analysis
„Vor allem bei konfektionierten Kabeln haben wir nach Produktionsverlagerungen vermehrt Schwachstellen im mechanischen Aufbau gefunden“, so Gruber weiter. Zum Beispiel unkontaktierte Schneid-Klemm-Verbindungen oder unzureichende Crimpungen, bei denen bereits geringste Kräfte zum Ausreißen des Kabels aus dem Stecker führen. Diese Fehlerquellen werden leicht nachgewiesen durch metallographische Schliffe oder die Aufnahme eines Kraft-Weg-Diagramms.
Ein weiteres großes Problemfeld sind Leiterplatten. Hier zeigt die Erfahrung, dass es immer wieder zu Qualitätseinbrüchen aufgrund von Schwankungen in der Fertigung kommt. Neben Schwachstellen im mechanischen Aufbau sind hier oftmals Metallisierungsfehler oder Verarbeitungsprobleme bei der Baugruppenmontage aufgrund von Problemen in der Galvanik zu finden.
Grenzen der zerstörenden physikalischen Methode
Da diese Methodik an einem bestimmten Fertigungslos logischerweise nur als Stichprobe durchgeführt werden kann, stellt dies immer nur eine Momentaufnahme dar. Qualitätsschwankungen in der Fertigung über einen längeren Zeitraum werden also nicht erkannt.
microtec, Stuttgart
QE 533
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