Die Herausforderung: Wenn Warpage über die Funktion entscheidet
In der Elektronikfertigung entscheidet die Frage, wie sich eine Oberfläche unter Wärme verformt, zunehmend darüber, ob ein Bauteil überhaupt funktioniert – und genau dieser Warpage lässt sich nur schwer messen.
Da die Toleranzen in der Elektronikfertigung immer enger werden – feinere Lotpastendepots, kleinere Anschlussabstände –, bestimmt die Verformung einer Oberfläche unter thermischer Belastung zunehmend, ob ein Bauteil zuverlässig funktioniert. Die Entwickler mussten diese „Formabweichung“ bzw. den Warpage nicht nur bei Raumtemperatur quantifizieren, sondern über den gesamten thermischen Zyklus, dem ein Gehäuse in Produktion und Einsatz ausgesetzt ist.
Die Schwierigkeit war zweifacher Natur. Erstens konnten etablierte optische Verfahren wie die Streifenprojektion die geforderte Auflösung und Wiederholgenauigkeit nicht liefern. Zweitens konnten vergleichbare Systeme solch große Felder schlicht nicht in einer einzigen Messung erfassen, wie es Polytec gelingt. Der Kunde benötigte Leistung und Feldabdeckung zugleich – und einen Weg, in eine geschlossene, beheizte Umgebung hineinzublicken.
Die Lösung: ein maßgeschneidertes TopMap Pro.Surf für die Klimakammer
Für diesen Global Player wurde eine spezielle Lösung auf Basis des Pro.Surf für die Warpage-Messung in der Elektronikfertigung realisiert. Das Bauteil wird in einer dedizierten Klimakammer platziert, die es durch ein definiertes Temperaturprofil führt – eine typische Abfolge ist 20 °C, 250 °C und zurück auf 20 °C –, während das System bei jedem Schritt die vollständige Topografie des Gehäuses erfasst.
Während der Messung besteht die Aufgabe darin, die Formabweichung – den Warpage – bei jeder Zieltemperatur zu erfassen. Da das TopMap Pro.Surf das gesamte Gehäuse in einem einzigen großen Sichtfeld erfasst, statt mehrere Messungen zusammenzufügen, wird jede Topografie schnell und wiederholgenau aufgenommen. Das ist entscheidend, wenn der Warpage über einen vollständigen thermischen Zyklus verglichen werden muss, bei dem jeder zusätzliche Stitching-Schritt die Unsicherheit des Ergebnisses erhöhen würde.
Anspruchsvoll war an dieser Anwendung nicht nur die Messung selbst, sondern auch die Bedingungen, unter denen sie stattfinden musste – und genau hier kommt das Zusammenspiel der Stärken des TopMap Pro.Surf zum Tragen.
Einblick in die Kammer: großes Feld, großer Arbeitsabstand, durch Glas
Drei Fähigkeiten machen dies gemeinsam möglich:
- Messung durch Glas: Das Bauteil ist hinter einem Sichtfenster eingeschlossen, und Polytecs Glaskompensationstechnologie korrigiert den optischen Weg durch das Glas, sodass die Topografie trotz der Barriere präzise gemessen wird.
- Großer Arbeitsabstand: Eine Messung aus der Nähe ist nicht möglich, daher erlaubt der große Arbeitsabstand des Systems eine Messung auf Distanz – berührungslos und ohne die thermische Umgebung zu stören.
- Großes Sichtfeld: Ganze Gehäuse werden in einer einzigen Messung erfasst, statt sie zusammenzufügen – so bleibt die Erfassung bei jedem Temperaturschritt schnell und wiederholgenau, was beim Vergleich des Warpage über einen vollständigen thermischen Zyklus entscheidend ist.
Mit diesem Aufbau konnte das Team charakterisieren, wie sich jedes Gehäuse über den gesamten Temperaturbereich verformt – direkt, wiederholgenau und unter realistischen thermischen Bedingungen. Da jede Topografie in einem einzigen Sichtfeld durch das Kammerglas erfasst wird, lassen sich die Warpage-Werte bei 20 °C, 250 °C und zurück bei 20 °C auf einer konsistenten Grundlage vergleichen.
Damit wird aus einer schwierigen, zugangsbeschränkten Messung ein fester Bestandteil der Qualifizierung – und Entwickler erhalten zuverlässige, temperaturaufgelöste Warpage-Daten, die engere Toleranzen in der Elektronikfertigung unterstützen.
Industrieller Großflächen-Profiler
Die telezentrischen Pro.Surf-Systeme sind für die industrielle Oberflächenprofilierung mit hohem Durchsatz und wiederholgenauer Messpräzision optimiert.
Das Ergebnis
Die maßgeschneiderte TopMap Pro.Surf-Lösung ermöglichte es dem Hersteller, den Warpage von Gehäusen über den gesamten Temperaturbereich zuverlässig zu charakterisieren – durch Glas und auf sicherem Arbeitsabstand, also unter Bedingungen, unter denen herkömmliche Streifenprojektion und vergleichbare Systeme nicht bestehen konnten. Die Vorteile lagen klar auf der Hand:
- Normkonforme Warpage-Messung (JEITA) bei erhöhten Temperaturen
- Vollständige Gehäuse-Topografie in einem einzigen Sichtfeld
- Berührungslose Messung durch das Sichtfenster der Kammer
- Wiederholgenauer Vergleich der Formabweichung über den thermischen Zyklus
Das Ergebnis: vertrauenswürdige, temperaturaufgelöste Warpage-Daten, die engere Toleranzen und zuverlässigere elektronische Bauteile ermöglichen.
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