Vorgehensweise bei der Bewertung von Schadensfällen

Vorgehensweise bei der Bewertung von
Schadensfällen
FED – Regionalgruppenrundreise
2015-07
Lutz Bruderreck
TechnoLab GmbH
Am Borsigturm 46, 13507 Berlin
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Tel.: 030-4303 3162
Fax: 030-4303 3169
1
TechnoLab
Qualifying and testing solutions
TechnoLab GmbH
Am Borsigturm 46
13507 Berlin
Phone: ++49-30-43033160
FAX: ++49-30-43033169
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2
Gründung 1996
•Buy out aus DeTeWe - Deutsche Telephonwerke Berlin
•Start mit 6 Mitarbeitern
•Kundenstamm aus dem früheren Arbeitsumfeld der DeTeWe
•Gesellschaftsform: GmbH
•Stammkapital: 35T€
Stand Anfang 2015
22 Mitarbeiter
•Kundenstamm weltweit
•Gesellschaftsform: GmbH
•Stammkapital: 70T€
•Jahresumsatz 1,9 Mio € 2014
•Zertifizierung ISO 9001, Akkreditierung einzelner Verfahren
•Normungsgremien IEC TC91, DKE K682, K511
Geschäftsfeld:
Dienstleistungen und Produkte für die elektronikproduzierende Industrie
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3
TechnoLab
Umweltsimulation
Produkte
Analytik
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4
TechnoLab - Geschäftsbereich Analytik
Gutachten
Lebensdauerberechnungen
(MTTF-MTBF)
Zuverlässigkeitsuntersuchungen
Schadenssimulation
Arbeitsgebiete
Schadensanalytik
Konformitätsbewertungen
kundenspezifische Untersuchungen
Beratung /
Schulung
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5
Analytik
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6
Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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7
Begriffe
Analyse
Eine Analyse ist eine systematische Untersuchung, bei der das untersuchte Objekt
oder Subjekt in Bestandteile (Elemente) zerlegt wird und diese anschließend
geordnet, untersucht und ausgewertet werden. Insbesondere betrachtet man
Beziehungen und Wirkungen (oft: Wechselwirkungen) zwischen den Elementen.
Gegenbegriff zu Analyse („Auflösen in Einzelbestandteile") ist Synthese
(„Zusammensetzen von Elementen zu einem System“).
…Je nach Wissenschaftszweig werden für Analysen verschiedene Methoden
benutzt….
Methodik
Methodik (aus griech. méta ‚hin‘ und hodós ‚der Weg‘) ist in der Wissenschaftstheorie
die Gesamtheit aller wissenschaftlichen „Hinwege“ zu einem Ziel. Als Teildisziplin einer
Fachwissenschaft ist Methodik auch die Lehre der in dieser Wissenschaft
angewandten Methoden.
Quelle: Wikipedia
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8
Begriffe
Schaden
... ist jeder Nachteil, den jemand durch ein bestimmtes Ereignis an seinem
Vermögen oder an seinen sonstigen rechtlich geschützten Rechtsgütern erleidet.
Ob und in welcher Höhe ein Schaden vorliegt, ist nach der sogenannten
"Differenzhypothese" zu ermitteln. Danach ist der Schaden die Differenz
zwischen der tatsächlichen Lage, die infolge des schädigenden Ereignisses
besteht, und der hypothetischen, die bestehen würde, wenn das schädigende
Ereignis nicht eingetreten wäre.
Schadensereignis (Vorsätzliche Herbeiführung)
Der Versicherer haftet nicht, wenn der Versicherungsnehmer vorsätzlich den
Eintritt der Tatsache, für die er dem Dritten verantwortlich ist, widerrechtlich
herbeigeführt hat. Vgl. § 152 Versicherungsvertragsgesetz.
Quelle: Juristisches Lexikon
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Schadensbegriff
Im weitesten Sinne:
Jede Art von unerwünschten Veränderungen an einem
Betrachtungsobjekt :
1. Beeinträchtigung des Aussehens
2. Beeinträchtigung der Gebrauchsfähigkeit (Funktionsfähigkeit)
3. Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit
allgemein gekennzeichnet durch objektive Bewertungsmerkmale
Grauzone der technischen Betrachtung:
4. Nicht vorgesehener, nicht erwünschter oder nicht erwarteter
Betriebszustand
5. Nichterfüllung einer Erwartungshaltung
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Durchführung der Schadensanalyse - Notwendigkeit
1. Schadensanalyse ist ein zwingendes Erfordernis aus juristischer
Notwendigkeit bei Personenschäden oder drohender Gefahr von
Personenschäden
2. Schadensanalyse ist ein erwünschtes Erfordernis aus juristischer
Notwendigkeit bei Vermögensschäden
3. Schadensanalyse liefert aus technischer und naturwissenschaftlicher
Sicht einen Beitrag zur Klärung der Ursache (n)
oder
eines Verursachers
4. Schadensanalyse liefert aus technischer und naturwissenschaftlicher
Sicht einen Beitrag zur Klärung von Versagensmechanismen
5. Schadensanalyse liefert aus technischer und naturwissenschaftlicher
Sicht einen Beitrag zur Benennung von Abhilfemaßnahmen
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Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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Untersuchung - Methoden
Wichtige Methoden und Regelwerke (Auszug)
1. RCA – Root Cause Analysis (IEC 62740)
2. FTA Fault Tree Analysis (IEC 61025)
3. FMEA Failure Modes and Effects Analysis (z.B. DIN EN 16602-30-02)
4. ETA Event Tree Analysis (z.B. DIN EN 62502)
5. Markov Analysis (z.B. IEC 61165, DIN EN 60300-3-1)
6. BDD Binary Decision Diagram – techniques (z.B. DIN EN 61078 E)
7. RBD Reliability Block Diagram (z.B. DIN EN 61078 E)
8. Analytik Vorgehensweise (z.B. VDI / VDE 3822 xxx)
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Untersuchung – Methoden – Standards
IEC 62740 Root Cause Analysis (RCA)
1 Scope
2 Normative references
3 Terms, definitions and abbreviations
4 RCA – Overview
5 The RCA process
6 Selection of techniques for analysing causes
Annex A (informative) Summary and criteria of commonly used RCA techniques
Annex B (informative) RCA models
B.3 Reason’s model (Swiss cheese model)
B.4 Systems models
B.5 Systems theoretic accident model and processes (STAMP)
Annex C (informative)
Detailed description of RCA techniques
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Untersuchung – Methoden – Standards
IEC 61025 FTA Fault Tree Analysis
1 Scope
2 Normative references
3 Terms and definitions
5.4 Combinations with other reliability analysis techniques
5.4.1 Combination of FTA and failure modes and effects analysis (FMEA)
5.4.2 Combination of FTA and event tree analysis (ETA)
5.4.3 Combination of FTA and Markov analysis
5.4.4 Combination of FTA and binary decision diagram (BDD) techniques
5.4.5 Combination with the reliability block diagram
6 Development and evaluation
6.1.2 Concepts and combinations of events and states
6.1.3 Fault tree for investigation of faults leading to other faults or events
6.1.4 FTA use in reliability assessment and improvement during product
development
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Untersuchung – Methoden – Standards
VDI 3822 Blatt 1_2004-03
Schadensanalyse - Grundlagen, Begriffe,
Definitionen - Ablauf einer Schadensanalyse
VDI 3822 Blatt 1.4_Schäden durch thermische Beanspruchungen
VDI 3822 Blatt 1.6_Flüssigmetallinduzierte Rissbildung beim Stückverzinken
VDI 3822 Blatt 2_Schäden durch mechanische Beanspruchungen
VDI 3822 Blatt 2.1.1_Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch
fehlerhafte Konstruktion
VDI 3822 Blatt 2.1.2_Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch
fehlerhafte Verarbeitung
VDI 3822 Blatt 2.1.3_Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten . durch
fehlerhafte Werkstoffauswahl und Fehler im Werkstoff
VDI 3822 Blatt 2.1.4_Schäden an th Ku. durch mechanische Beanspruchung
VDI 3822 Blatt 2.1.6_Schäden an th Ku. durch tribologische Beanspruchung
VDI 3822 Blatt 2.1.10 Schadensanalyse - Bedeutende instrumentelle
Analysemethoden für die Schadensanalyse an Kunststoffprodukten
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Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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Untersuchung – Methoden – Standards
VDI 3822 Blatt 1 Schadensanalyse - Grundlagen, Begriffe, Definitionen - Ablauf
einer Schadensanalyse beschreibt grundsätzliche Aspekte und Schritte:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Durchführung der Schadensanalyse / Performance of failure analysis
Leitung der Schadensanalyse / Management of failure analysis
Schadensbeschreibung / Failure description
Bestandsaufnahme / Record of failure history
Schadenshypothesen / Failure hypothesis
Einzeluntersuchungen / Individual examinations
Ermittlung der Schadensursache / Identification of the failure cause
Schadensabhilfe und Schadensverhütung / Failure correction and
failure prevention
9. Schadensbericht / Failure report
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Untersuchung – Methoden – Standards
Das Schema der VDI/VDE 3822 Blatt 1 verzichtet auf eine thematische
Beschränkung.
Das Schema ist grundsätzlich in verschiedenen Bereichen der Technik
anwendbar.
Aber:
Es ist kein typisches Schema für Elektronikkonstruktionen.
Aufbauten der Elektronik verlangen eine Anpassung:
1. Aufgabenstellung / Zielsetzung
2. Auswahl der Methoden
3. Anpassung der zeitlichen Abläufe
4. Wahl der Referenzen
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Untersuchung - Vorgehensweise
Forderungen an die Vorgehensweise
1. Anwendung etablierter Methoden
2. In den wesentlichen Grundzügen anwendbar unabhängig von der
konkreten Aufgabenstellung
3. In Details adaptierbar an die konkrete Aufgabenstellung
4. Breite Akzeptanz auch von Vertretern verschiedener Fachgebiete.
5. Transparenz – Schritte und Handlungsweise
6. Transparenz – Kompetenzen und Aufgabenteilung
7. Effizienz der Beweisfindung
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Umfeld einer Untersuchung, Schwerpunkt Schadensanalyse
Fertigung und Montage
Handling und Lagerung
Einsatz im Feld
Wartung und Repair
Materialauswahl und
Beschaffung
Probennahme
Designaspekte
Untersuchungsmethoden
Aspekte der Normung Regelwerke
Juristische Aspekte
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Werkzeuge der Analytik
Untersuchungsverfahren
und -methoden
Normen und
frei zugängliche
Referenzen
Interne Erfahrungen und
nicht frei zugängliche
Referenzen
Beweismittel
Die Schaffung belastbarer Beweismittel erfordert die Validität der gesamten
Beweiskette.
Das betrifft die Validität:
- der Untersuchungsmethoden
- der einzelnen Untersuchungsverfahren
- der Referenzen
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Schadenshypothesen
Die Schadenshypothese bestimmt die Richtung der Untersuchung.
Mögliche Ursachen für einen Schadensfall allgemein:
1.
2.
3.
4.
5.
Materialfehler
Fehler in der Verarbeitung
Fehler im Design (Auswahl, Konstruktion und Auslegung)
Falsche Behandlung des Bauteils bei der Weiterverarbeitung
Falsche Behandlung des Bauteils im Einsatz (Einsatzbedingungen)
Erfahrungen
vs
Vorurteile
vs
Wünsche und Zielstellungen
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Untersuchungsziele
1) Die Findung von belastbaren Beweisen für ein mögliches Fehlerszenario
2) Nachweis, das bestimmte Einflüsse ausgeschlossen oder zumindest nicht
nachgewiesen werden können
3) Ziel ist auch eine systematische Unterscheidung zwischen Einzelfällen und
systematischen Fehlern.
4) Klärung möglicher Begleitumstände
Begleitende Gefahren
Umstände der Beendigung des Ereignis
(Stichwort: thermisches Ereignis)
5) Rasche Schadensbeseitigung und schnelle
Wiederinbetriebnahme / Schadensregulierung.
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Besonderheiten der Analytik an Elektronikobjekten
Gegenüber Untersuchungsobjekten aus anderen Bereichen der Technik weisen
Elektronikobjekten einige Besonderheiten auf:
1. Das Schadensobjekt ist meist nur innerhalb seines Umfelds aussagekräftig.
2. Die Schadensgeschichte lässt sich am Objekt selber meist nur unzureichend
rekonstruieren
3. Schadensursache und Schadensort können völlig verschieden sein
4. Das Objekt lässt sich in der Regel ohne größere Zerstörungen aus seinem
Umfeld herauslösen
5. Eingriffe in die Statik des Schadensobjekts sind praktisch nicht erforderlich
6. Die Untersuchungsobjekte sind in der Regel geometrisch überschaubar
7. Die Objekte sind in der Regel manuell gut zu handhaben
8. Gesundheitsgefahren durch anhaftende Schadstoffe oder
durch Zersetzungsprodukte möglich
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Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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Untersuchungsverfahren und deren Auswahl
Grundsätze:
1. Manipulation der Probe auf das Minimum beschränken
Verbleib der Restmengen als Referenzen
2. Von der zerstörungsfreien Methode zur zerstörenden Methode
Planung der Abfolge der Schritte
3. Keine Zustandsänderung ohne vorherige Dokumentation
Bilddokumentation, Messwerte
4. Kein Untersuchungsschritt ohne definiertes Ziel
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Untersuchungsverfahren
1. Zerstörungsfreie Verfahren
2. Zerstörende Verfahren
3. Grauzone im Sinne der Manipulation der Probe:
Das Verfahren an sich ist zerstörungsfrei.
Die Probennahme erfordert jedoch die Manipulation der Probe,
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Untersuchungsverfahren
Zerstörungsfreie Verfahren
1. Optische Inspektion
2. Elektrische Messungen (R, Ris, Contact Chattering)
3. Ultraschallmikroskopie (Sonographie, Sonoscan)
4. X-Ray und X-Ray-basierte Verfahren (CT, Laminographie)
5. FTIR Fouriertransformation-Infrarotspektralphotometrie ( auch IRMikroskopie)
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Untersuchungsverfahren
Zerstörende Verfahren
1. Metallographie
2. Mechanische Testverfahren
(Pull, Shear, Bend , Torque-Test)
3. Klimatische Test (Korrosionsversuche)
4. Lötbarkeit / Benetzbarkeit
5. Ablegierfestigkeit
6. Lötwärmebeständigkeit
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Untersuchungsverfahren
Grauzone im Sinne der Manipulation der Probe:
Das Verfahren an sich ist zerstörungsfrei.
Die Probennahme erfordert jedoch die Manipulation der Probe:
1. Extraktion der Probe
Ionische Kontamination, Chromatographie, organische Kontamination
2. REM + EDX /WDX
mechanisches Anpassen an die Dimensionen der Probenkammer, Bedampfen
der Oberfläche, Vakuumexposition
3. Materialanalyse
AES Auger-Elektronenspektroskopie
SAM Scanning Auger Microprobe, XPS X-Ray Photoelectron Spectroscopie,
ESCA Elektronenspektroskopie für die chemische Analyse,
SIMS Sekundärionen-Massenspektrometrie
ISS Ionenstreuspektroskopie
ESMA Elektronenstrahl-Mikroanalyse (wellenlängendispersiv)
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Probenzerlegung
Die Untersuchungsverfahren werden flankiert durch die Verfahren der Probennahme und
Probenzerlegung.
1. Mechanische Verfahren, z.B.:
Spanende Verfahren (Sägen, Fräsen)
Spanlose Verfahren (Schneiden, Brechen, Stanzen, Absprengen)
2. Chemische und physikalische Verfahren
Elektrochemisches Ätzen
Physikalisches Ätzen (Plasma)
Erodieren
Chemisches Ätzen (Säure)
3. Chemische und physikalische Verfahren
Extrahieren
Auswaschen (Kontaminationsmessung)
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Probenzerlegung
©TechnoLab
Mechanisches Zerteile
Diamantdrahtsäge
Spaltbreite etwa 1mm
©TechnoLab
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Probenzerlegung
Elektrochemisches
Ätzen
Beispiele:
Metalldeckel eines IC
Metallgehäuse eines
vergossenen Sensors
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Visuelle Inspektion – Optische Inspektion
Unterscheidung nach dem Zustand der Probe:
a) External visual
b) Internal visual
Unscharfe Definitionen für external und internal visual
(technische Belange: MIL-STD-883 ua.) allgemein:
External visual
Inspektion vor Manipulation der Probe
Internal visual
Inspektion während oder nach Manipulation der Probe
Manipulation der Probe;
Erster Schritt mit bleibender , irreparabler Veränderung.
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Visuelle Inspektion – Optische Inspektion
Die OI erfolgt:
a) mit bloßem (unbewaffnetem) Auge
b) einfachen Vergrößerungsmitteln
c) am lichtoptischen Mikroskop unter verschiedenen
Beleuchtungseinstellungen
Die Verwendung von Stereomikroskop und Videomikroskop ist technisch
vergleichbar.
Die Verwendung von Filtern (Interferenzkontrast, Polarisationskontrast) bietet
Vorteile gegenüber der Inspektion ohne Filter.
Verwendung von Lichtquellen mit variablem Einstrahlwinkel und variabler
Beleuchtungsintensität ist zu empfehlen.
Digitalbild als Beweismittel?
Ja, mit Einschränkungen
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Visuelle Inspektion – Optische Inspektion
Werkzeug:
Stereomikroskop+
Videomikroskop
Inspektionsgerät Hirox
KH 3000 mit
angepasster
Lichtführung
(reflexionsarm,
Polarisationskontrast,
UV-Anteil
©TechnoLab
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Röntgeninspektion
Die Röntgeninspektion liefert Informationen zu:
1. Benetzungsverhalten (Lotausbreitung)
2. Lotverteilung auf dem Pad
3. Abfließen von Lot in Durchmetallisierungen bzw. Vias
4. Auftreten von Lotperlen
5. Vorhandensein von Voids
6. Durchmesserunterschiede bei Balls
7. Metallverteilungen im Umfeld von Schadensstellen
8. Lagebezug bei vergossenen Objekten
9. Bedingt: Korrosionsmerkmale
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Röntgeninspektion
Gegenüber den Verfahren der zerstörenden Prüfung weist die Methode systematische
Vorteile auf:
1. Zerstörungsfreiheit
2. Wiederholbarkeit (Konditionierung der Probe, Umweltsimulation)
3. Handling der Probe – verschiedene Betrachtungswinkel und Achsen
4. Eingrenzung des gesuchten Merkmals durch Filter
5. Bedingt geeignet für dynamische Proben
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Röntgeninspektion
Gegenüber den Verfahren der zerstörenden Prüfung weist die Methode systematische
Grenzen auf:
1. Die zu untersuchenden Merkmale müssen einen Unterschied in der Absorption
verursachen.
2. Nicht klaffende Risse in Lötverbindungen werden in der Regel nicht erkennbar.
3. Mängel des Finishs werden nur über Begleitmerkmale wie Benetzungsstörungen
oder Voiding erkennbar.
4. Mängel in der Metallurgie der Lötverbindungen sind nicht erkennbar.
5. Finish Mängel an der unbestückten Leiterplatte sind i.d.R. nicht erkennbar.
6. Mängel der inneren Struktur der Leiterplatte sind bei klaffenden Rissen erkennbar.
7. Whisker sind mehrheitlich nicht erkennbar.
8. Die Bewertungskriterien sind unscharf (Stichwort: Voiding 25% nur BGA /LGA)
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44
Metallographische Analyse - Aspekte
1.
Aspekt der Probenauswahl
2.
Aspekt der Probenbearbeitung
3.
Aspekt der Auswertung am metallographischen Präparat
4.
Aspekt der Interpretation
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45
Metallographische Analyse – typische Schritte
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Auswahl des Präparationsorts
Dokumentation vor der Probenentnahme
Vorbehandlung der Probe (Reinigung, Fixierung)
Präparation durch gezielten Abtrag bis zum Zielort
Nachbehandlung der Probe (Reinigen, Nachverguss)
Dokumentation (Bilderstellung)
Auswertung (Bewertung optische Befunde)
Weitere Methoden (Ätzung, REM)
Langzeiteffekte (Verhalten nach Lagerung)
Whisker, korrosive Degradation
Die präparative Bearbeitung liefert selber auch Informationen:
Schleifhärte, Bruchverhalten, Rissbildung
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46
Metallographische Analyse -Probenpräparation
©TechnoLab
•Präparationsstrecke
•Schleif- und
Polierautomat
•Schleif- und
Polierscheiben
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47
Metallographische Analyse - Aspekt der Probenauswahl
Die metallographische Präparation ist eine zerstörende Prüfung.
Sonstige zerstörungsfreie Bewertungsverfahren müssen vorher abgeschlossen
sein:
Optische Inspektion
Befund der elektrischen Messung (Durchgang, Isolation…)
Befund der X-Ray
Häufig liefert ein Präparat mehrere Schliffebenen.
Die vorhergehenden Ebenen werden zerstört. Die letzte Ebene muss die
wichtigsten Befunde liefern. -> Dokumentation
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48
Metallographische Analyse - Aspekt der Probenbearbeitung
Präparationsschritte:
1) Vorbehandlung gealterter Probe vor Probeentnahme (Fixierung, Vorverguss)
2) Probenentnahme und Probenkennzeichnung (Identität)
3) Trennen der Probe mittels Diamantdrahtsäge , Diamanttrennscheibe (Nasstrennung)
oder Fräser
4) Einbetten in Epoxidharz, Aushärten des Gießharzes bei 70°C < 0,5 Stunden, danach
Raumtemperatur
5) Schleifen mit SiC-Papier abnehmendem Körnungsdurchmessers 120, 320, 600, 1000,
2500, 4000
6) Polieren mit Diamantsuspension Korn 3 µm auf mittelhartem Seidentuch
7) Polieren mit Diamantsuspension Korn 1 µm auf kurzgeflocktem weichem Synthetiktuch
8) Oxidpolieren auf Chemotuch
9) Ätzpolitur mit ammoniakalischer Kupfer(II)-ammoniumchlorid-Lösung
Dazwischen: Reinigen !!!
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Metallographische Präparation - Regelwerke
Für Leiterplatten und Baugruppen Anwendung der üblichen Präparationsmethodiken
nach:
IPC-TM-650 - Test Methods Manual Method 2.1.1 Microsectioning, Manual Method
Alternativ
2-1-1-2-A-Microsectioning-Semi or Automatic Technique-Microsectioning Equipment
MIL-P-55110E PRINTED WIRING BOARD, RIGID GENERAL SPECIFICATION FOR
Zusätzlicher Schritt kann die Gefügebetonung durch Anätzen sein.
Referenzen:
Petzold
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50
Visuelle Inspektion am metallographischen Präparat
Werkzeug:
Metallmikroskop
Polyvar Met
Einsatz verschiedener
Methoden:
a) Hellfeld,
b) Dunkelfeld,
c) Interferenzkontrast
d) Polarisationskontrast
e) VIS / UV-Anteil
©TechnoLab
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51
Auswertung am metallographischen Präparat
1) Datensammlung
2) Inspektion und Dokumentation
optische Inspektion mit verschiedenen Methoden
Hellfeld, Dunkelfeld, Interferenzkontrast, Polarisationskontrast, evtl. Topographie
3) Datensammlung geometrische Größen, Gefügemerkmale
4) Vorbehandlung für weitere Analyseverfahren (optional)
Bedampfen mit C, Au oder Pt
5) Analyseverfahren (optional)
EDX, WDX
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Auswertung am metallographischen Präparat - Aspekt der Interpretation
1. Unterscheidung zwischen tatsächlichen Gefügemerkmalen der Proben und möglichen
Effekten der metallographischen Präparation
2. Metallographische Präparation bedeutet immer mechanische und elektrochemische
Belastung
3. Hieraus resultieren mechanische Spannungen, Risse, Kanteneffekte bei spröden
Bestandteilen der Proben, Verschmierungen…
4. Unterschiede im Befund zwischen den Präparationsstufen
5. Abgleich mit dem Befund der zerstörungsfreien Prüfung
6. Bewertung der vorgefundenen Merkmale
7. Vergleich mit den Regelwerken –
Schichtdicken
Lotgefüge, Risse, Benetzung, Voids , Bauelementeeffekte
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Metallographischen Präparat – typische Bewertungskriterien
1. Topographie der Intermetallischen Zone Sn x Nix - (+Cu, +Au, +Ag)
(Schichtdickenunterschiede, Unterschiede in der Korngröße, Unterschiede in der
Form der Körner)
2. Geschlossenheit der Schicht (gleichmäßige Bedeckung der Oberflächen Cu, Ni, NiPSchicht mit einer Intermetallischen Zone)
3. Größe der einzelnen Nickel-Phosphor-Körner (ausgeprägte Unterschiede Indikator für
Mängel im Abscheidevorgang des NiP)
4. Bewertung des korrosiven Angriffs an den Korngrenzen (ENIG, Chemisch Zinn)
5. Topographie der Finish-Schichten (Dicke über Kanten, Verhalten im Randbereich zum
Basismaterial bzw. Lötresist hin)
6. Gefügemerkmale des Kupfers
7. Gefügemerkmale der dielektrischen Schichten
8. Gefügemerkmale des Lotwerkstoffs
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54
Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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55
Fallbeispiele Leiterplatte
Befund:
Unsichere Kontaktgabe auf der Baugruppe bei einzelnen Verbindungen.
Der Effekt lässt sich durch Temperaturwechsel stimulieren.
1. Befund optische Inspektion
2. Befund Röntgeninspektion
3. Befund elektrische Messung
4. Probenentnahme
5. Metallographische Präparation
6. Referenzproben: Bewertung der Thermoschockfestigkeit
7. Metallographische Präparation
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56
Effekte der inneren Struktur – Korrosionsangriff – ENIG
©TechnoLab
Befund metallographische
Präparation:
-Defekte der NiP-Schicht
-im Umfeld der Risse
Korrosionsangriff gegen
das Kupfer
-Risse im Barrel
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Effekte der inneren Struktur – Korrosionsangriff – Immersion Tin
©TechnoLab
Befund
metallographische
©TechnoLab
Präparation:
Metallisierungsfehler,
Korrosion durch den Zinnelektrolyten,
Querschnittsreduzierung der PTH
©TechnoLab
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60
Effekte der inneren Struktur – Abscheidungsmängel
Befund metallographische
Präparation:
-Unterbrechungen im Barrel
-im Umfeld der
Unterbrechungen
Schwachstellen in der
Struktur des Kupfer
-Riss im Lötresist
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61
Effekte der inneren Struktur – Abscheidungsmängel
Befund metallographische
Präparation:
- Metallisierte Falten
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62
Effekte der inneren Struktur – Corner Cracks
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Befund metallographische
Präparation:
Pseudofehler
Separation Basiskupfer zu
Anschlagkupfer
kein Corner Crack
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67
Effekte der inneren Struktur – Corner Cracks nach HAL
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Befund metallographische
Präparation:
Separation Basiskupfer zu
Anschlagkupfer
durchlaufender Corner Crack
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70
Effekte der inneren Struktur – Corner Cracks nach TC
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Befund metallographische
Präparation:
Cornercrack und
Separation zwischen Hülse
und Basismaterial
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73
Effekte der inneren Struktur – Resin Recession
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Befund metallographische
Präparation:
- Struktur des Kupfers ohne
Defekte
- Mögliche Ursachen
Thermische Überlastung
Eigenschaften des Harzes
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76
Effekte der inneren Struktur – Delamination
Befund metallog. Präparation
-Mögliche Ursachen
-Thermische Überlastung
-Expansion von Feuchte
-Prozessierung der Leiterplatte
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81
Effekte der inneren Struktur – Delamination
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Befund metallographische
Präparation
-Polarisationskontrast zur
Betonung von Kanten und
Übergängen
Erkennung der Rissoberflächen
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82
Effekte der inneren Struktur – Delamination
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Befund metallographische
Präparation:
-Polarisationskontrast zur
Betonung von Kanten und
Übergängen
Struktur der Glasfaserstränge
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83
Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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84
Thermisches Ereignis
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Befund optische
Inspektion internal visual
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89
Thermisches Ereignis
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Befund optische Inspektion internal visual
Fluxreste, Trocknungsspuren, lose Pins
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90
Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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91
Analytik an Elektronikbaugruppen - Berichtswesen
Struktur prinzipiell vergleichbar mit den allgemeinen Regeln des Berichtswesens
in anderen Gebieten der Technik.
Für den Leser ist meist eine Erklärung von technischen Fakten erforderlich.
Klären der Zielgruppe:
Management
Techniker
Juristen
Bericht oder Gutachten?
Betrifft im wesentlichen Formfragen und Fragen
der Datenaufbereitung
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92
Analytik an Elektronikbaugruppen – Berichtswesen Hinweise
1. Generelle Forderung:
sorgfältige Trennung zwischen :
a) beweisbaren Fakten
b) daraus abgeleiteten Schlussfolgerungen
c) weiterführenden eigenen Interpretationen ( „Vermutungen“)
Forderungen für Berichte nach VDI/3822 - Auswertung der Ergebnisse:
Definition der Schadensart und – ursache
Schadensabhilfe und Schadensverhütung
Umgang mit dem Wunsch nach Vorabinformationen
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Untersuchungsziel – typische Aussagen
1) Regelkonformität
(allgemeine Regelwerke, kundenspezifische Vorgaben)
2) Auswirkungen von nicht deklarierten Eigenschaften
(nicht deklarierte Substanzen, sonstige Leistungsmerkmale)
3) Auswirkungen der Einsatzbedingungen
(zu geringe Belastbarkeit oder unzulässige Beanspruchung)
4) Merkmale, die den vorgesehenen Einsatzzweck in Frage stellen
(unzulässige Anwendung, technische Nichteignung)
5) Klärung möglicher Ursachen bei unerwünschten Eigenschaften
(Vollständigkeit der Anforderungen, Ermessensspielraum des Lieferanten)
6) Bewertung möglicher Prozessmodifikationen
(was ist anzeigepflichtig, Bewertung von Zusammenhängen zwischen
Änderungen und Ereignissen)
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Agenda
Abschnitt 1: Begriffe
Abschnitt 2: Methoden und Regelwerke
Abschnitt 3: Vorgehensweise
Abschnitt 4: Verfahren und Werkzeuge
Abschnitt 5: Fallbeispiele Leiterplatte
Abschnitt 6: Fallbeispiele Bauelemente und Verbindungen
Abschnitt 7: Berichtswesen
Abschnitt 8: Zusammenfassung und Ausblick
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Analytik an Elektronikbaugruppen - Aussagesicherheit
Die einzelnen Fehlertypen lassen sich mit unterschiedlicher Sicherheit nachweisen
(Erfahrungswerte)
90
Leiterplatte Lagen
80
Leiterplatte Oberfläche
diskrete Halbleiter
70
CMC Risse
60
CMC Strukturdefekte
50
passive Zweipoler
Kontaktfehler
40
IC Risse die
30
IC Bond
IC Struktur
20
Lötfehler BGA
10
0
Objekt
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Analytik an Elektronikbaugruppen – Anmerkungen
1) Die Untersuchungen an Elektronikobjekten führen häufig nicht zu einem Ergebnis,
welches selbsterklärend ist.
2) Der Bericht mit der Interpretation der Ergebnisse entscheidet über den Erfolg oder
Misserfolg sowie die Akzeptanz der Untersuchungsergebnisse.
3) Einen wesentlichen Einfluss hierauf hat die Formulierung der Aufgabenstellung
(im erweiterten Sinne : die Formulierung der Beweisfragen)..
Vermeidung von Killerformulierungen
4) Bei der Referenzierung und Auslegung der Regelwerke gilt die Aufmerksamkeit der
- Hierarchie der Regelwerke,
- deren Ausgabestand sowie
- der Sprachversion.
5) Die Regelwerke enthalten für Leiterplatten , Bauelemente und Baugruppen nur wenige
verbindliche Vorgaben für die Bewertung mit messbaren Grössen.
6) Die Regelwerke entsprechen häufig nicht dem Stand der Technik.
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Untersuchung Beitrag von TechnoLab
Große technische Schadensfälle werden mehrheitlich untersucht durch:
1. Regierungsbehörden (z.B. Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung)
2. Sachverständigenorganisationen (z.B. TÜV, THT..)
3. Internen Dienststellen von Versicherungen
4. Internen Dienststellen von großen Unternehmen.
In Detailfragen wird technische Expertise als externe Dienstleistung zugekauft.
Schwerpunkt:
Bewertung von Elektronikkomponenten als Bestandteil von komplexen Systemen
und deren gezielte Untersuchung auf Schädigungsmechanismen.
Untersuchungen sind in erster Linie dann gefragt, wenn im Vorfeld von juristischen
Auseinandersetzungen die eigene Position bzw. die Position der Gegenseite
bewertet werden soll
(Parteigutachten)
oder auf Veranlassung eines Gerichts der Sachverhalt neutral bewertet werden soll
(Gerichtsgutachten).
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Aufmerksamkeit !
Fragen / Anregungen ?
Lutz Bruderreck
TechnoLab GmbH
Am Borsigturm 46, 13507 Berlin
www.technolab.de
[email protected]
Tel.: 030-4303 3162
Fax: 030-4303 3169
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