PCB-Röntgeninspektion für BGA und verdeckte Lötstellen

Ein Brett kann die AOI bestehen und trotzdem durchfallen.

Das passiert öfter, als man denkt.

Der Grund dafür ist einfach:

Kameras sehen nur, was sichtbar ist.

Sobald sich die Lötstellen unter den Bauteilen bewegen, wird die optische Prüfung eingeschränkt.

Das ist der Ort, an dem Röntgeninspektion kommt herein.

Für Baugruppen mit:

• BGA
• QFN
• LGA
• verdeckte Lötpads

Die Röntgeninspektion ist oft die einzige praktikable Methode zur Überprüfung der Lötqualität.

Was ist eine PCB-Röntgeninspektion?

Bei der Röntgeninspektion werden Röntgenstrahlen eingesetzt, um das Innere von Leiterplatten zu untersuchen, ohne die Leiterplatte zu beschädigen.

Anstelle von Oberflächenbildern zeigt es:

• Lötstellenqualität
• interne Verbindungen
• versteckte Mängel

Das Ergebnis ist ein Graustufenbild, auf dem die Lötdichte sichtbar wird.

Dadurch können Bereiche inspiziert werden, die für die AOI nicht zugänglich sind.

Weiterführende Lektüre: AOI-Inspektion bei der PCB-Bestückung: Was kann sie erkennen?

Warum Röntgeninspektion wichtig ist

Moderne PCB-Baugruppen werden immer mehr:

• kleiner
• dichter
• komplexer

Bei vielen Gehäusen sind die Lötstellen jetzt unter dem Bauteilkörper verborgen.

Ohne Röntgenstrahlen:

• Lötbrücken können unbemerkt bleiben
• Leerstellen bleiben unsichtbar
• Eröffnungen und Leerverkäufe sind schwieriger zu erkennen

Bei Produkten mit hoher Zuverlässigkeit kann das Auslassen von Röntgenaufnahmen das Ausfallrisiko im Feld erhöhen.

Komponenten, die in der Regel eine Röntgeninspektion erfordern

BGA (Ball Grid Array)

Der häufigste Anwendungsfall.

Denn die Lötkugeln sitzen unter dem Gehäuse:

• die optische Inspektion kann sie nicht erkennen
• elektrische Prüfungen allein können marginale Verbindungen übersehen

Das Röntgenbild verifiziert:

• Kugelausrichtung
• Lotkonsistenz
• Überbrückung

QFN (Quad Flat No-Lead)

QFN-Gehäuse enthalten oft verdeckte mittlere Pads.

Häufige Probleme:

• schlechte Benetzung
• unzureichendes Lötzinn
• ungültig

LGA-Pakete

Land Grid Array-Geräte profitieren ebenfalls von der Röntgenprüfung.

Besonders in:

• RF-Systeme
• Automobilelektronik

Dichte SMT-Baugruppen

Ein dichtes Layout kann die Sicht versperren, selbst für sichtbare Leitungen.

Häufige Defekte, die mit Röntgenstrahlen erkannt werden können

1. Lötporen

Lunker sind eingeschlossene Lufteinschlüsse in Lötstellen.

Kleine Hohlräume sind in der Regel akzeptabel.

Übermäßiges Entleeren kann Auswirkungen haben:

• Wärmeleistung
• Zuverlässigkeit
• mechanische Festigkeit

Besonders kritisch in:

• Leistungselektronik
• Thermopads

2. Lötbrücken

Versteckte Kurzschlüsse zwischen den Pads.

Besonders häufig in:

• Fine-Pitch BGA
• dichte Routinggebiete

3. Offene Lötstellen

Unvollständige Lötverbindungen.

Kann dazu führen:

• intermittierende Ausfälle
• instabiler Betrieb

4. Schieflage

Die Bauteile können sich während des Reflow-Prozesses leicht verschieben.

Das Röntgenbild zeigt, ob die Lötkugeln richtig ausgerichtet sind.

5. Unzureichendes oder übermäßiges Lötzinn

Eine ungleichmäßige Lotverteilung wird auf Röntgenbildern sichtbar.

2D- vs. 3D-Röntgeninspektion

2D-Röntgenbild

Häufigster Ansatz.

Vorteile:

• schneller
• niedrigere Kosten
• geeignet für Produktionsscreening

3D CT-Röntgen (Computertomographie)

Bietet Querschnittsbilder.

Vorteile:

• Vertiefte Fehleranalyse
• Sichtbarkeit der internen Ebene

Typischerweise verwendet für:

• Fehleruntersuchung
• High-End-Anwendungen

Verwandtes Thema: PCB-Fehleranalyse

X-Ray vs. AOI (Schnellvergleich)

Merkmal	AOI	Röntgenstrahlen
sichtbare Lötstellen	ausgezeichnet	gut
verdeckte Lötstellen	arm	ausgezeichnet
BGA-Inspektion	begrenzt	stark
Geschwindigkeit	schneller	Langsamer
Kosten	unter	höher

In der Praxis:

AOI und Röntgenstrahlen ergänzen sich gegenseitig.

Sie sind keine Ersatzstoffe.

Wann ist eine Röntgeninspektion erforderlich?

Nicht jeder Vorstand braucht sie.

Gewöhnlich empfohlen für

• BGA-Baugruppen
• QFN-Gehäuse
• Automobilelektronik
• Luftfahrtsysteme
• medizinische Geräte
• SMT-Leiterplatten mit hoher Dichte

Weniger kritisch für

• einfache durchkontaktierte Platten
• Konsumgüter mit geringer Dichte

So verbessern Sie die Ergebnisse von Röntgeninspektionen

Häufige Fehler bei der Röntgeninspektion

Typische Produktionsprobleme:

• Ausschließlich AOI für BGAs
• Nichtberücksichtigung von Lötporenanteilen
• Auslassen von Röntgenaufnahmen während der NPI
• Verwendung unzureichender Standards für die Bildauswertung

Röntgen funktioniert nur, wenn die Prüfkriterien einheitlich sind.

Praktische Hinweise aus der realen Produktion

Was oft in Fabriken passiert:

• BGA-Brücken werden normalerweise mit Röntgenstrahlen gefunden, nicht mit AOI
• viele intermittierende Ausfälle lassen sich auf versteckte Lötprobleme zurückführen
• Entlüftung wird zu einem großen Problem in der Leistungselektronik
• Röntgenaufnahmen sind in der Frühphase der Produktion besonders wertvoll.

Bei ausgereiften Produkten wird häufig eine Stichprobenkontrolle anstelle der 100%-Kontrolle durchgeführt.

Schlussfolgerung

Die Röntgeninspektion von Leiterplatten spielt eine entscheidende Rolle bei der Überprüfung verdeckter Lötstellen und der Sicherstellung der Montagequalität.

Bei BGA-, QFN- und High-Density-PCB-Baugruppen hilft es, Defekte zu erkennen, die die optische Inspektion nicht erfassen kann. Dies ist zwar mit zusätzlichen Kosten verbunden, verringert aber das Risiko versteckter Fehler bei Produkten mit hoher Zuverlässigkeit erheblich.

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