Lotkugeln auf der Baugruppe: Ursachen, Erkennung und Vorbeugung

Lotkugeln sind kleine Kugeln aus Lot, die sich beim Reflow- oder Wellenlöten von der Lötstelle lösen und auf dem Lötstopplack, dem Basismaterial oder neben einem Bauteil landen. Eine lose Kugel kann sich im Betrieb bewegen und zwei Leiter kurzschließen, deshalb begrenzen Verarbeitungsnormen wie IPC-A-610 Lotkugeln nach Größe, Lage und danach, ob sie fixiert sind.

Was verursacht Lotkugeln?

Lotkugeln entstehen, wenn ein Teil der Paste nie mit der eigentlichen Lötstelle verschmilzt: Sie wurde an die falsche Stelle gedruckt, durch Ausgasen verspritzt oder war zu stark oxidiert, um zusammenzufließen. Die häufigsten Ursachen sind:

• Lotpaste: Paste, die Feuchtigkeit aufgenommen hat, spritzt, wenn das Wasser verdampft, und abgelaufene oder zu lange offen liegende Paste enthält oxidiertes Pulver, das nicht in die Lötstelle einfließt.
• Schablone: Paste, die durch schlechte Abdichtung, Fehlausrichtung der Schablone oder eine verschmutzte Unterseite auf den Lötstopplack gedruckt wird. Bei Chipbauteilen bringt eine volle rechteckige Öffnung Paste unter den Bauteilkörper, wo sie als Perle herausgedrückt wird.
• Reflow-Profil: Eine schnelle Vorheizung lässt das Lösemittel heftig verdampfen, und eine lange oder heiße Haltezone (Soak) kann das Flussmittel erschöpfen, bevor das Lot schmilzt.
• Bestückung: Zu hohe Bestückkraft drückt Paste unter dem Bauteil hervor auf den Lötstopplack.
• Bauteil- und Paddesign: Pads, die deutlich größer sind als die Anschlüsse, und Feuchtigkeit in der unbestückten Leiterplatte, die beim Reflow ausgast.

Zu viel oder verlaufene Paste ist eine gemeinsame Ursache mit Lötbrücken; eine Linie, die beides sieht, sollte daher zuerst den Druckprozess untersuchen.

Wie werden Lotkugeln erkannt?

Die manuelle Sichtprüfung übersieht kleine Kugeln leicht, besonders auf dicht bestückten oder dunklen Baugruppen. Die SPI kann keine Kugeln sehen, da sie erst im Reflow entstehen, meldet aber ihre Ursachen: verschmierte Depots, Paste auf dem Lötstopplack und versetzte Drucke.

Eine 2D-AOI kann eine Lotkugel als kleine, helle, spiegelnde Kugel erkennen. Die Einschränkung liegt darin, wo sie hinsieht: Ein konventionelles Programm prüft einen Bereich um jedes Bauteil, und eine Kugel auf freiem Basismaterial zwischen den Bauteilen liegt in keinem dieser Bereiche. Eine 3D-AOI ergänzt die Höhe und hilft so, eine echte Kugel von flachen Rückständen oder Reflexionen zu unterscheiden. Die AXI ist für Kugeln nötig, die unter einem Bauteilkörper eingeschlossen sind.

DaoAI löst das mit einem Durchlauf zur Inspektion der gesamten Baugruppe, der die Fläche zwischen den Bauteilen prüft. Im Prüfumfang von DaoAI findet Punkt 14, Lotkugeln & Partikel, Lotkugeln oder Partikel an beliebiger Stelle der Baugruppe, nicht nur neben einer Lötstelle. Die verfügbaren Prüfungen hängen von Maschine und Konfiguration ab.

Was ist mit Fremdkörpern (FOD)?

Dieselbe Lücke in der Abdeckung gilt für alles andere, was auf die Baugruppe gelangt. Drahtabschnitte vom Kürzen der THT-Anschlüsse, ein vom Bestückautomaten fallen gelassenes Chipbauteil oder ein Bruchstück vom Nutzentrennen können auf offenem Basismaterial liegen, wo kein Bauteilprüfbereich hinreicht.

Punkt 15 im selben Durchlauf über die gesamte Baugruppe, Fremdkörper (FOD), deckt Rückstände, Drahtabschnitte, verlorene Bauteile und anderes Fremdmaterial ab. Ein verlorenes Bauteil ist der wichtigste Fall, denn es fehlt an einer Stelle und ist an einer anderen ein möglicher Kurzschluss. Oberflächenverunreinigungen wie Flussmittelrückstände und Flecken sind als Punkt 16 aufgeführt und als „demnächst verfügbar“ gekennzeichnet.

So verhindern Sie Lotkugeln

Die meisten Lotkugelprobleme werden bei der Pastenhandhabung, im Schablonendesign und bei der Vorheizung behoben. Gleichen Sie Profiländerungen mit dem Datenblatt der Paste ab.

Nennen Sie uns Ihre Leiterplattenoberfläche und den Fehler, dem Sie nachgehen, und wir zeigen Ihnen, was der Durchlauf über die gesamte Baugruppe findet. Senden Sie uns eine Ihrer eigenen Baugruppen, und wir testen sie kostenlos für Sie.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Sind Lotkugeln nach IPC-A-610 zulässig?

Das hängt von der Produktklasse ab, davon, ob die Kugel eingeschlossen oder eingekapselt ist und sich nicht bewegen kann, und davon, ob sie den minimalen elektrischen Abstand verletzt. Prüfen Sie die aktuelle Revision der Norm und die Anforderungen Ihres Kunden für die genauen Annahmekriterien.

Was ist der Unterschied zwischen Lotkugeln und Lotperlen?

Lotperlen (Mid-Chip Balls) sind größere Kugeln, die sich neben dem Körper eines Chipbauteils bilden, meist aus Paste, die unter das Bauteil gedrückt wurde. Zufällige Lotkugeln sind kleiner und können überall auftreten, oft durch Spritzer oder auf den Lötstopplack gedruckte Paste.

Kann eine AOI Lotkugeln abseits von Bauteilen finden?

Nur, wenn sie die freie Leiterplattenfläche prüft und nicht nur Bereiche um Bauteile. Die Inspektion der gesamten Baugruppe von DaoAI sucht Lotkugeln und Partikel an beliebiger Stelle der Baugruppe, auch auf freiem Basismaterial zwischen den Bauteilen.

Sind Fremdkörper ein Lötfehler?

Nein, FOD ist jedes Fremdmaterial auf der Baugruppe, etwa Drahtabschnitte, verlorene Bauteile oder andere Rückstände. Es wird oft im selben Durchlauf wie Lotkugeln geprüft, weil beides überall auf der Baugruppe liegen kann.