Warum kommt es bei lange gelagerten Leiterplatten zu Kurzschlüssen an offenen Durchkontaktierungen?
Warum weisen 4 Jahre lang gelagerte Leiterplatten Kurzschlüsse an offenen Durchkontaktierungen auf, die auf die inneren Lagen beschränkt sind – und warum verschwinden diese nach dem Backen?
Eine technische Erklärung von RICH FULL JOY
Wenn bei einer vier Jahre lang gelagerten Leiterplatte plötzlich Kurzschlüsse auftreten, die sich auf offene Durchkontaktierungen konzentrieren, wobei die Testergebnisse auf Kurzschlüsse in den inneren Lagen hinweisen, und diese Kurzschlüsse nach dem Backen verschwinden, ist der Fehlermechanismus selten eine dauerhafte Kupferbrücke.
Aus Sicht der Zuverlässigkeitstechnik deutet dieses Muster stark auf eine durch Feuchtigkeit bedingte temporäre Leitfähigkeit hin, die durch ionische Verunreinigung verstärkt wird – und nicht auf strukturelle Kurzschlüsse der inneren Metallschichten.
Dieser Artikel erklärt das Phänomen klar und Schritt für Schritt.
1. Warum konzentrieren sich Kurzschlüsse an offenen Durchkontaktierungen?
Bei RICH FULL JOY werden offene Durchkontaktierungen (Durchkontaktierungen ohne Lötstopplackversiegelung) als Eintrittspunkte für Umwelteinflüsse betrachtet, weil:
- Der Kupferring und die Durchkontaktierungsöffnung sind der Luft ausgesetzt.
- Es gibt keine Lötstoppmaske, die Feuchtigkeit oder Verunreinigungen abhält.
- Durch die Öffnungen wird die kapillare Speicherung der Feuchtigkeit gefördert.
- Freiliegendes Kupfer neigt eher dazu, ionische Rückstände anzusammeln (Fingerabdrücke, Staub, Ausgasungen aus Verpackungen, Verunreinigungen durch Handhabung).
Bei feuchten Bedingungen kann sich an der Durchkontaktierungsöffnung ein dünner Elektrolytfilm (Wasser + gelöste Ionen) bilden.
Dieser Film kann vorübergehend Strom zwischen benachbarten Leitern oder von der Durchkontaktierung zu nahegelegenen Kupferstrukturen leiten.
Daher werden offene Durchkontaktierungen nach längerer Lagerung zu den anfälligsten Stellen für durch Feuchtigkeit verursachte elektrische Anomalien.
2. Warum zeigen die Testergebnisse die Kurzschlüsse als Fehler in der inneren Schicht an?
Dies bedeutet nicht, dass sich Metallbrücken nur innerhalb der Leiterplatte bilden.
Stattdessen zeigt es an, wo der elektrische Pfad schließlich endet:
- Die geringsten elektrischen Abstände befinden sich in vielen Konstruktionen in den inneren Lagen.
- Abstand zwischen Durchkontaktierung und Ebene
- dichte innere Schichtverdrahtung in der Nähe von Via-Bohrungen
- Stromversorgungs- und Masseflächen weisen eine sehr niedrige Impedanz auf und fungieren als natürliche „elektrische Senken“.
Wenn Feuchtigkeit einen temporären leitfähigen Pfad in der Nähe der Durchkontaktierungsöffnung oder entlang der Durchkontaktierungswand bildet, verbindet sich der Leckstrom häufig mit einer inneren Ebene oder Leiterbahn in der inneren Schicht, was dazu führt, dass das Testgerät einen Kurzschluss in der inneren Schicht meldet.
Der Eintrittspunkt ist also die offene Durchkontaktierung, der Schließpunkt hingegen typischerweise eine Kupferstruktur in der inneren Schicht.
3. Warum wird durch Backen der Short Flop entfernt?
Dies ist der entscheidende diagnostische Hinweis.
Beim Backen wird die aufgenommene Feuchtigkeit aus folgenden Stoffen entfernt:
- PCB-Harzsysteme
- Über Schnittstellen
- Oberflächenbereiche um offene Durchkontaktierungen
Wenn Feuchtigkeit verdunstet:
- Der Elektrolytfilm kollabiert
- Ionenleitungswege brechen
- Der elektrische Widerstand kehrt zum Normalwert zurück
Dies beweist, dass es sich bei dem Kurzschluss um einen durch Feuchtigkeit begünstigten leitfähigen Leckstrom handelte und nicht um eine permanente Kupfer-zu-Kupfer-Brücke.
Wenn es sich um eine Metallbrücke handeln würde, würde sie durch Backen nicht verschwinden.
4. Welche Ausfallmechanismen passen zu diesem Verhalten?
Basierend auf den praktischen Erfahrungen von RICH FULL JOY sind die häufigsten Ursachen:
- Feuchtigkeitsbedingte Ionenleitung (höchstwahrscheinlich)
- Temporäre leitfähige Pfade bilden sich, wenn Feuchtigkeit auf ionische Rückstände trifft.
- Frühe elektrochemische Migration (ECM)
- In der Frühphase sind die leitfähigen Pfade feuchtigkeitsabhängig und reversibel.
- Bei wiederholter Einwirkung von Feuchtigkeit und elektrischer Spannung können sie zu permanenten metallischen Dendriten heranwachsen.
Das bedeutet, dass sich Ihre Platinen derzeit in einer Phase mit reversiblem Risiko befinden, aber wiederholte Feuchtigkeitseinwirkung kann den Schaden im Laufe der Zeit dauerhaft machen.
5. Wie RICH FULL JOY empfiehlt, dieses Risiko zu kontrollieren
Sofortige Kontrolle
- Backplatten vor Gebrauch
- Nach dem Backen erneut testen.
- Sofort in Vakuumverpackung mit Trockenmittel und Feuchtigkeitsindikatorkarte (HIC) verschließen.
Speichersteuerung
- Minimieren Sie die Belichtungszeit.
- Bei niedriger Luftfeuchtigkeit lagern.
- Vermeiden Sie es, offene Durchkontaktierungen mit bloßen Händen zu berühren.
Design-/Prozessverbesserung (für zukünftige Chargen)
- Vermeiden Sie offene Durchkontaktierungen nach Möglichkeit → verwenden Sie abgedeckte Durchkontaktierungen oder gefüllte und verschlossene Durchkontaktierungen.
- Erhöhung des Freiraums in Durchkontaktierungs-zu-Ebene-Bereichen für kritische Netze
- Verbesserung der Reinheitskontrolle zur Reduzierung ionischer Rückstände
Abschließende technische Schlussfolgerung
Wenn bei einer lange gelagerten Leiterplatte Kurzschlüsse an offenen Durchkontaktierungen auftreten, die wie Fehler in den inneren Lagen aussehen, und diese Kurzschlüsse nach dem Backen verschwinden, ist die Ursache mit ziemlicher Sicherheit eine durch Feuchtigkeit begünstigte Ionenleitung und kein dauerhafter interner Kupferkurzschluss.
Bei RICH FULL JOY betrachten wir dies als ein Problem der Empfindlichkeit gegenüber der Lagerumgebung, das durch Feuchtigkeitskontrolle, Sauberkeit und Verpackung in den Griff bekommen wird – und nicht als einen strukturellen Herstellungsfehler der Leiterplatte.
