Mikroskopie – Thermische Schädigung der PCB

Wie Mikroskopie hilft, thermische Schäden an Leiterplatten rechtzeitig zu erkennen.

Thermische Schädigung hat nicht immer eine zu hohe Temperatur als Ursache. Warum das so ist sehen wir, wenn wir uns mal genauer den Prozess der Wärmeübertragung anschauen. Soll etwas erwärmt werden spielen einige Faktoren eine wichtige Rolle. Erstens die Temperatur, diese soll auf das Objekt übertragen werden. Zweitens die Wärmeübertragung. Die Wärmeübertragung im Backofen ist mit Umluft besser als ohne und im Topf mit kochendem Wasser noch besser. Drittens ist die Dauer der Temperatureinwirkung. Je länger die Temperatur wirken kann umso homogener ist die Verteilung.

Soweit, so gut. Kommen wir nun zu einer thermisch geschädigten Leiterplatte. Wenn die Temperatur passt, die Wärmeübertragung gewährleistet ist und die Dauer der Einwirkung passt, wie kommt es dann zu einer thermischen Schädigung?

Hier kommt der Wärmeübergang ins Spiel. Eine Leiterplatte besteht theoretisch aus dem Substrat – einem relativ guten Isolator, Leiterbahnen, die hervorragend Wärme leiten und Lötstopplack – einem relativ guten Isolator. Praktisch sind da aber auch noch Lufteinschlüsse, Verschmutzungen, nicht abreagierte Komponenten aus dem Leiterplatten-Substrat und Lötstopplack sowie eingeschlossene Feuchtigkeit.

Bei der näheren Betrachtung einer mikroskopischen Aufnahme der Leiterplatte, fällt auf, dass hier die thermische Schädigung an der Übergangsstelle zwischen Leiterplatten-Substrat und Leiterbahn auftritt. Warum ist das so? Grund dafür sind Bereiche mit Hohlräumen, die hervorragend isolieren und dafür sorgen, dass die Wärme sich nicht weiter ausbreiten kann. Das führt zur thermischen Schädigung an der Grenzschicht. Die Einwirkfläche ist zu klein und die Wärme kann sich nicht verteilen.

Was dem Auge meist verborgen bleibt lässt sich sehr gut bei einer 100-fachen Vergrößerung mit Mikroskopie betrachten. Kritische Bereiche lassen sich aber auch vor dem Lötprozess schnell identifizieren. Wenn also thermische Schädigung in der Leiterplatte auftritt, müssen als Ursache neben der Lötprozess vor allem auch die Qualität der Leiterplatte genauer angeschaut werden. Denn die Ursachen für die Qualitätsprobleme beginnen meist mit kleinen Abweichungen im Produktionsprozess und lassen sich bei rechtzeitiger Identifizierung leicht vermeiden. Also genau hinschauen, rechtzeitig erkennen, handeln!