Analyse von Ballbrüchen - Juventus Technikerschule HF

Analyse von Ballbrüchen

Was ein Ballbruch mit der Qualität Ihrer Earpads oder derjenigen eines Fahrradcomputers zu tun hat, lesen Sie hier.

Wer kennt das nicht! Plötzlich ist da ein schwarzer Punkt auf dem Display der Smartwatch, der sich selbst mit dem Master-Reset nicht entfernen lässt. Eine Taste der Kaffeemaschine reagiert, wenn überhaupt, dann nur auf jeden zweiten Druck, oder das Abspielen der Musik auf dem Earpad wird von einem Tag auf den andern fortlaufend unterbrochen. Ein Grund für all diese willkürlichen Erscheinungen könnte ein Ballbruch sein.

Ballbrüche sind eine höchst ärgerliche Begleiterscheinung der modernen Mikroelektronik. Im Zuge der Miniaturisierung werden heutzutage die meisten Bauteile mit einer speziellen Technik auf die Oberfläche von Elektronikmodulen aufgelötet. Die elektrischen Kontakte dieser SMDs (Surface Mounted Devices) befinden sich daher auf der Unterseite des Bauteils. Dadurch wird für den Hersteller die Kontrolle der Qualität der Lötstellen zur echten Herausforderung. Die Lötzinnkügelchen (englisch: ball), welche die elektrischen Verbindungen vom Chip zum Modul sicherstellen, werden nämlich durch Alterung, durch Temperatureinflüsse oder durch mechanische Erschütterungen mit der Zeit brüchig. Es bilden sich Risse und diese beeinträchtigen die elektrische Leitfähigkeit erheblich.

Den optimalen Einsatz von hoch technisierten Verfahren zur Detektion solch mikrometerfeiner Risse hat Ivan Dukic zum Thema der Abschlussarbeit seines HF-Elektronikstudiums an der Juventus Technikerschule gemacht. Im Auftrag seines Arbeitgebers u-blox – das weltweit tätige Unternehmen mit Sitz in Thalwil entwickelt und vertreibt Chips und Module für die Unterstützung von globalen Satellitennavigationssystemen sowie den Kurzstreckenfunk (Bluetooth und WiFi) – hat er mit verschiedenen Verfahren solche Ballbrüche untersucht.

Zum einen galt es, die Zeit, die solche Analysen in Anspruch nehmen, zu verringern und andererseits mindestens eine nicht destruktive Methode mit verlässlichen Resultaten zu finden. In akribischer Feinarbeit hat Ivan Dukic verschiedene Elektronikmodule geröntgt (X-Ray-Verfahren), mit Ultraschall ausgemessen (scanning accoustic microscopy, SAM-Verfahren) oder mittels Computertomografie auf Ballbrüche hin untersucht.

Dabei haben sich vor allem die beiden nicht destruktiven Verfahren der Röntgenaufnahme (X-Ray) und die Computertomografie als sehr praxistauglich erwiesen. Aufgrund der Formabweichungen der Lötzinnbälle können mit diesen bildgebenden Methoden relativ gute Rückschlüsse auf die Qualität der Lötstellen gezogen werden, während mit der etwas aufwendigeren Computertomografie selbst kleinste Risse im Material sichtbar gemacht werden.

Die Untersuchung von Ballbrüchen dient letztlich nicht nur der Fehleranalyse, sondern hilft auch die Verfahren zur Herstellung von Elektronikmodulen zu verbessern. So bleibt zu hoffen, dass nicht zuletzt dank der Diplomarbeit von Ivan Dukic die Bluetooth-Module der Earpads inskünftig weniger ins Stottern geraten und das GPS-Modul des Fahrradcomputers den einen oder andern Sturz schadlos übersteht.

Eines ist heute schon gewiss: Die Diplomarbeit von Ivan Dukic zeigt eindrücklich, welch anspruchsvolle Arbeiten diplomierte Technikerinnen und Techniker HF dank der berufsbegleitenden Ausbildung mit Erfolg bewältigen können und wie wertvoll dieser Abschluss für die Industrie ist.