Abgehobene Beine (Lifted Leads) und Koplanaritätsfehler: Ursachen und Erkennung

Ein abgehobenes Bein (Lifted Lead) ist ein Bauteilanschluss, typischerweise ein Gullwing-Anschluss an einem QFP, SOIC oder Steckverbinder, der über seinem Pad steht, statt im Lot zu liegen. Zurück bleibt eine offene oder eine schwache, nur teilweise benetzte Lötstelle. Die Koplanarität beschreibt, wie genau alle Anschlüsse eines Bauteils in einer Ebene liegen; ein Koplanaritätsfehler bedeutet, dass ein oder mehrere Anschlüsse so weit abweichen, dass nicht alle gleichzeitig ihre Pads erreichen können.

Was verursacht abgehobene Beine und Koplanaritätsfehler?

Manche abgehobenen Beine kommen bereits mit dem Bauteil an; andere entstehen in der Linie durch Verzug oder schlechtes Aufsetzen. Die häufigsten Ursachen sind:

• Bauteilzustand: Anschlussbeine, die beim Handling, in beschädigten Trays oder Stangen oder im Feeder verbogen wurden, sowie eine Koplanarität des Lieferanten außerhalb der Datenblattgrenze.
• Lotpaste: ein Depot, das zu niedrig ist, um ein leicht erhöhtes Bein zu erreichen, oder ungleichmäßige Depothöhen über eine Padreihe.
• Schablone: Eine dünne Schablone, die Brücken bei Fine Pitch verhindern soll, lässt wenig Spielraum für Höhenschwankungen der Anschlüsse.
• Reflow-Profil: Durchbiegung und Verwindung der Leiterplatte im Reflow heben die Beine an den Ecken großer Gehäuse an, und der Dochteffekt (Wicking) zieht Lot an einem Bein hoch, das sich schneller erwärmt als sein Pad.
• Bestückung: geringe Bestückkraft, ein schräg aufgenommenes Bauteil oder eine Pipette, die beim Absetzen die Beine verbiegt.
• Paddesign und Oberfläche: kurze Pads und unebene Padoberflächen durch Beschichtungen wie HASL.

Ein abgehobenes Bein zeigt sich oft als Lötstelle mit Lotmangel, daher überschneidet sich dieser Fehler mit zu wenig Lot.

Wie werden abgehobene Beine erkannt?

Die manuelle Sichtprüfung braucht eine Seitenansicht unter Vergrößerung, was bei einer Baugruppe voller Fine-Pitch-Bauteile langsam ist. Die SPI sieht das Pastendefizit, das ein Abheben verschlimmert, aber nicht das Bein selbst.

Eine 2D-AOI beurteilt ein abgehobenes Bein anhand von Form und Schattierung des Fersenmeniskus im Draufsichtbild. Eine kleine Abhebung kann von oben fast genauso aussehen wie eine gute Lötstelle – die klassische Schwäche der 2D-Prüfung bei diesem Fehler. Ein abgehobenes Bein kann sein Pad zudem zeitweise noch berühren, den elektrischen Test bestehen und dann im Feld ausfallen.

Eine 3D-AOI macht aus der Interpretation eines Bildes die Messung einer Höhe. Sie misst jedes Bein und den Bauteilkörper relativ zur Leiterplatte, sodass ein abgehobenes Bein, ein verkippter Körper oder ein Koplanaritätsfehler zu einer Zahl wird, die gegen einen Grenzwert geprüft wird. Die AXI wird für verdeckte Lötstellen eingesetzt; Gullwing-Anschlüsse sind dagegen optisch sichtbar.

Im Prüfumfang von DaoAI deckt Punkt 07, Zustand der Anschlussbeine, abgehobene, verbogene, beschädigte, fehlende oder ungelötete Beine ab. Punkt 04, Bauteilhöhe & Koplanarität, misst mit der 3D-AOI die Bauteilhöhe und erkennt abgehobene oder verkippte Körper sowie Koplanaritätsfehler.

Die DaoAI P5 ist die Inline-3D-Maschine für diese Aufgabe und ab sofort lieferbar, die P5D ist ihre Doppelspur-Variante. Ihre wichtigsten 3D-Kennwerte finden Sie unten; die Spezifikationen sind Referenzwerte, keine garantierten Grenzwerte.

Die Projektion aus vier Richtungen verringert die abgeschatteten Bereiche, die ein einzelner Projektor hinter hohen Bauteilen hinterlässt. Das zählt bei Steckverbindern und großen Gehäusen, an denen abgehobene Beine am häufigsten auftreten.

So verhindern Sie abgehobene Beine

Haben Sie einen Steckverbinder oder QFP, der der 2D-Prüfung immer wieder durchrutscht? Senden Sie uns eine Ihrer eigenen Baugruppen, und wir testen sie kostenlos für Sie.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist die Koplanarität der Anschlüsse?

Die Koplanarität gibt an, wie genau alle Anschlussbeine oder Anschlussflächen eines Bauteils in einer Ebene liegen. Sie wird meist als maximaler Abstand zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Anschluss angegeben, und Bauteile außerhalb der Grenze riskieren abgehobene Beine nach dem Reflow.

Kann eine 2D-AOI abgehobene Beine erkennen?

Eine 2D-AOI erkennt Abhebungen, die groß genug sind, um das Aussehen des Meniskus zu verändern, kleine Abhebungen können von oben aber wie gute Lötstellen aussehen. Eine 3D-AOI misst die Höhe der Beine direkt und ist daher die zuverlässigere Methode.

Fällt ein abgehobenes Bein im In-Circuit-Test durch?

Nicht immer, denn ein Bein, das sein Pad ohne ordentliche Lötverbindung berührt, kann während des Tests trotzdem leiten. Solche Lötstellen können dann im Feld sporadisch ausfallen.

Welche Bauteile neigen am stärksten zu abgehobenen Beinen?

Fine-Pitch-Gehäuse mit Gullwing-Anschlüssen wie QFPs und SOICs sowie lange Steckverbinder sind am anfälligsten. Ihre dünnen Beine verbiegen sich leicht, und der Leiterplattenverzug wirkt sich am stärksten auf ihre Eckanschlüsse aus.