Bauteilversatz und Verdrehung: Ursachen, Erkennung und Vorbeugung

Bauteilversatz (Component Shift) ist ein Bestückfehler, bei dem ein Bauteil in X oder Y gegenüber seinen Pads verschoben ist; Verdrehung (Skew) ist eine Winkelabweichung, bei der das Bauteil schräg zu seinem Padlayout sitzt. Über den nach IPC-A-610 für die jeweilige Produktklasse zulässigen Überstand hinaus hat ein versetztes oder verdrehtes Bauteil eine verringerte Lötfläche und kann zu einem benachbarten Pad brücken oder auf einer Seite offen bleiben.

Was verursacht Bauteilversatz und Verdrehung?

Bauteile können außermittig bestückt werden oder korrekt bestückt sein und sich dann vor oder während des Reflow-Lötens bewegen. Die häufigsten Prozessursachen sind:

• Bestückung: driftende Bestückgenauigkeit, verschlissene Pipetten, falsche Körperabmessungen in den Gehäusedaten, die die optische Zentrierung verfälschen, Fehler bei der Passmarkenerkennung (Fiducials) und schlechte Leiterplattenklemmung.
• Lotpaste: Angetrocknete Paste mit geringer Klebkraft (Tack) hält das Bauteil nicht, und ein hohes Depot lässt das Bauteil aufschwimmen und wegdriften, sobald das Lot schmilzt.
• Schablone: ein gegenüber den Pads versetzter Druck; kleine Chips folgen beim Reflow tendenziell der Paste, sodass aus einem versetzten Druck ein versetztes Bauteil wird.
• Reflow-Profil und Transportband: Vibrationen oder Stöße auf dem Transportband und starke Konvektionsströmung bei sehr kleinen Bauteilen. Geschmolzenes Lot zieht leichte Chips zur Mitte zurück, schwerere Bauteile und solche mit ungleichmäßiger Paste können dagegen weiter abdriften.
• Bauteil- und Paddesign: Zu große Pads lassen ein Bauteil auf dem flüssigen Lot schwimmen, und asymmetrische Pads oder ungleiche Kupferflächen ziehen es zu einer Seite.

Dasselbe Ungleichgewicht, das einen kleinen Chip seitlich wegzieht, kann ihn auch aufrichten; das behandeln wir unter Tombstoning.

Wie werden Bauteilversatz und Verdrehung erkannt?

Die manuelle Sichtprüfung erkennt grobe Versätze, kann einen kleinen Überstand aber nicht konsistent gegen einen Klassengrenzwert beurteilen. Die SPI sieht keine Bauteile, misst aber den Druckversatz relativ zu den Pads, eine der vorgelagerten Ursachen.

Eine 2D-AOI misst den X/Y-Versatz und die Verdrehung jedes Bauteils relativ zu seinen Pads oder zur Referenzbaugruppe, und eine AOI vor dem Reflow erkennt Bestückfehler, solange sich das Bauteil noch zurechtrücken lässt. Eine 3D-AOI hilft, wenn der Bauteilkörper nur geringen Kontrast zur Leiterplatte hat, und bei Bauteilen, deren Anschlüsse von oben schwer zu lokalisieren sind. Die AXI wird für verdeckte Lötstellen eingesetzt, etwa bei einem BGA, das von seinen Pads verschoben ist.

Im Prüfumfang von DaoAI deckt Punkt 02, Bestückung, Ausrichtung & Polarität, X/Y-Versatz, Schiefstand und Verdrehung ab. Jedes Bauteil erhält einen Score statt nur Gut oder Schlecht, sodass Sie sehen, wie weit es von der Referenz abweicht und wo der Schwellwert liegt. Bei Baugruppen im Nutzen wird jeder Einzelnutzen an seinen eigenen Merkmalen ausgerichtet, was Pseudofehler durch Versatz im Nutzen verringert.

Versätze sind auch Prozessdaten. Mit der Fertigungsintegration von DaoAI decken die integrierte Gauge-R&R- und Cpk-Analyse die Bestückgenauigkeit anhand von drei Messwerten ab, die die Maschine ohnehin erfasst: X-Versatz (mm), Y-Versatz (mm) und Drehwinkel (Grad). Die Ausbeute pro Position im Nutzen zeigt, wo ein Schablonen- oder Reflow-Problem sitzt.

So verhindern Sie Bauteilversatz und Verdrehung

Verfolgen Sie Versätze als Trend, statt auf Ausfälle zu warten: Ein langsam driftender Bestückkopf ist eine Wartungsaufgabe, noch kein Fehler. Die Tabelle ordnet jeder Ursache eine Vorbeugung und eine Messgröße zu.

Sehen Sie, wie Versätze an Ihrem eigenen Produkt gemessen und ausgewiesen werden. Senden Sie uns eine Ihrer eigenen Baugruppen, und wir testen sie kostenlos für Sie.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie viel Bauteilversatz ist zulässig?

IPC-A-610 legt Grenzwerte für seitlichen und stirnseitigen Überstand als Bruchteil der Anschluss- oder Padbreite fest, mit engeren Grenzen für Klasse 3 als für Klasse 1 und 2. Verwenden Sie für die genauen Werte die aktuelle Revision der Norm und die Anforderungen Ihres Kunden.

Korrigiert das Reflow-Löten den Bauteilversatz?

Teilweise. Die Oberflächenspannung zieht kleine, leichte Chips zur Mitte zurück, schwerere Bauteile und Bauteile mit ungleichmäßiger Paste richten sich aber möglicherweise nicht selbst aus, und ein großer Versatz kann dennoch in einer Lötbrücke oder einer offenen Lötstelle enden.

Sollte der Versatz vor oder nach dem Reflow geprüft werden?

Beides hat seine Berechtigung. Eine Prüfung vor dem Reflow ermöglicht die Korrektur ohne Nacharbeit, eine Prüfung nach dem Reflow bestätigt, wo sich das Bauteil endgültig abgesetzt hat.

Was ist der Unterschied zwischen Verdrehung (Skew) und einem Drehlagenfehler?

Skew ist eine kleine Winkelabweichung von meist wenigen Grad, verursacht durch die Bestückung oder durch Bewegung im Reflow. Ein Drehlagenfehler ist ein in falscher Orientierung bestücktes Bauteil, etwa um 90° oder 180° gedreht, meist aufgrund der Programmdaten.