Reinheitsprüfung von Leiterplatten: Drei Verfahren im Test

Der historische ROSE-Grenzwert von 1,56 µg/cm² NaCl-Äquivalent reicht für die Prozessqualifikation moderner Leiterplatten nicht mehr aus.

Reinheitsprüfung von Leiterplatten: Drei Verfahren im Test

Das ist keine redaktionelle Neubewertung, sondern eine Konsequenz aus der Prüfphysik: ROSE misst die Gesamtleitfähigkeit eines Lösemittelauszugs. Es identifiziert weder Chlorid noch Bromid noch schwache organische Säuren.

Für die Betriebssicherheit ist dagegen der Oberflächenisolationswiderstand entscheidend. Der SIR-Test fordert unter 40 °C und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit mindestens 100 MΩ auf standardisierten Teststrukturen. Zwischen beiden Aussagen liegt die zentrale Differenz beim Leiterplatten-Reinheitstest: Ein niedriger Ionenwert beweist noch keine ausreichende Isolationssicherheit. Ein bestandener SIR-Test erklärt umgekehrt nicht, welche Rückstände den Prozess belastet haben.

Der Vergleich der drei Verfahren ergibt deshalb kein einzelnes Siegerverfahren. ROSE ist für die laufende Fertigungsüberwachung geeignet. Die Ionenchromatographie liefert die chemische Zuordnung. SIR prüft die elektrochemische Wirkung unter Klimabelastung. Erst die Kombination erzeugt belastbare objektive Nachweise.

Vom Grenzwert zur objektiven Beweisführung

Der Wert von 1,56 µg/cm² NaCl-Äquivalent stammt aus einer Phase, in der Baugruppen geringere Packungsdichten, größere Leiterabstände und weniger komplexe Materialsysteme aufwiesen. Bei heutigen Multilayern, Mikrovias und dicht bestückten Baugruppen verändert sich die Fehlermechanik.

Ionenrückstände können sich in Kavitäten, unter Bauteilen, an Via-Strukturen und in Bereichen mit eingeschränkter Waschströmung konzentrieren. Ein globaler Extraktionswert bildet diese lokale Verteilung nur begrenzt ab. Zwei Baugruppen können denselben ROSE-Wert zeigen und trotzdem unterschiedliche Ausfallrisiken besitzen:

  • Die erste Baugruppe enthält eine geringe Gesamtmenge an unkritischen Rückständen.
  • Die zweite Baugruppe enthält eine geringere Gesamtmenge, aber lokal konzentrierte und elektrochemisch aktive Ionen.
  • Beide Werte können im selben Messbereich liegen.
  • Das Verhalten unter Feuchtigkeit kann dennoch vollständig voneinander abweichen.

Die IPC J-STD-001G mit Amendment 1 hat den starren 1,56-µg/cm²-Wert deshalb als alleiniges Kriterium für die Prozessqualifikation abgeschafft. Die spätere J-STD-001H führt diese Logik fort. Gefordert ist ein Nachweis, der zur konkreten Baugruppe, zum Flussmittel, zum Reinigungsprozess und zur Einsatzumgebung passt.

Dieser Nachweis besteht nicht aus einer einzelnen Zahl. Er besteht aus einer Korrelation:

1. Welche Ionen befinden sich auf oder in der Baugruppe?

2. In welcher Konzentration treten sie auf?

3. Wie verändert sich der Isolationswiderstand unter Feuchte und Temperatur?

4. Entsteht ein messbares Wachstum leitfähiger Pfade?

5. Bleibt der Prozess über mehrere Fertigungslose stabil?

Damit verschiebt sich die Funktion der Reinheitsprüfung. Sie dient nicht mehr nur der Freigabe anhand eines historischen Schwellenwerts. Sie muss Prozessfenster, Rückstandsprofil und Langzeitverhalten miteinander verbinden.

Ein ROSE-Wert ist ein Leitfähigkeitswert. Er ist kein vollständiger Nachweis der elektrochemischen Zuverlässigkeit.

ROSE-Test: schnell, reproduzierbar, begrenzt

Der ROSE-Test nach IPC-TM-650 2.3.25 arbeitet mit einem Lösungsmittel. Ionenrückstände werden aus der Oberfläche extrahiert. Die Leitfähigkeit des Lösemittels steigt mit der Menge gelöster ionischer Bestandteile. Das Messgerät setzt diese Leitfähigkeit in einen NaCl-Äquivalentwert um.

Das Verfahren hat einen klaren industriellen Vorteil: Es ist schnell. Eine Fertigung kann damit Waschprozesse überwachen, Trends erkennen und Ausreißer zwischen einzelnen Losen identifizieren. Der Test eignet sich für Stichproben und für die Prozesskontrolle, wenn die Referenzbedingungen stabil definiert sind.

Die Grenzen liegen in der Aussagekraft.

ROSE unterscheidet keine einzelnen Ionenspezies. Ein Chloridion, ein Bromidion, ein Kaliumion oder eine organische Säure tragen zur Leitfähigkeit bei. Die Messung fasst diese Beiträge zusammen. Die chemische Herkunft bleibt offen. Auch schwache organische Säuren können in der Gesamtleitfähigkeit erscheinen, ohne dass ihre spezifische Konzentration bekannt wird.

Hinzu kommt der Einfluss der Probenahme. Der gemessene Wert hängt davon ab,

  • welche Fläche extrahiert wird,
  • wie das Lösungsmittel geführt wird,
  • welche Temperatur vorliegt,
  • wie lange die Extraktion dauert,
  • ob schwer zugängliche Bereiche erreicht werden,
  • wie die Baugruppe konstruktiv verteilt ist.

Eine Leiterplatte mit großen offenen Flächen lässt sich anders extrahieren als eine bestückte Baugruppe mit Fine-Pitch-Gehäusen, Unterseitenflächen und abgeschirmten Bereichen. Der gleiche Messaufbau erzeugt dann nicht automatisch die gleiche Aussagequalität.

Die in der Praxis häufig genannte Nachweisgrenze von 0,31 µg/cm² NaCl zeigt bereits, dass ROSE nicht jede relevante Rückstandsverteilung sicher bewertet. Ein Messgerät mit einem typischen Maximalbereich von 60 MΩ kann außerdem bei sehr reinem Lösemittel in einen Bereich kommen, in dem kleine Messabweichungen den angezeigten Wert stark beeinflussen. Der Zahlenwert muss deshalb immer zusammen mit Messgeometrie, Extraktionsvolumen und Gerätekonfiguration gelesen werden.

Was der ROSE-Test leisten kann

Der ROSE-Test ist sinnvoll, wenn die Frage lautet: Hat sich der Reinigungsprozess gegenüber einem etablierten Referenzzustand verändert?

Geeignet ist er für:

  • den Vergleich aufeinanderfolgender Fertigungslose,
  • die Überwachung eines stabilen Waschprozesses,
  • die Erkennung grober Verschmutzungen,
  • die schnelle Freigabe innerhalb eines bekannten Prozessfensters,
  • die Ursachenabgrenzung nach Änderungen an Flussmittel, Waschchemie oder Spülung.

Nicht ausreichend ist er für die Frage: Welche Ionen verursachen das Risiko, und wie verhält sich die Baugruppe unter Klimabelastung?

Dafür ist eine zweite Methode erforderlich.

Ionenchromatographie: chemische Rückstandsprofile statt Summenwert

Die Ionenchromatographie nach IPC-TM-650 2.3.28 zerlegt die Gesamtfrage in einzelne chemische Komponenten. Sie kann spezifische Anionen, Kationen und schwache organische Säuren identifizieren und quantifizieren.

Das verändert die Fehleranalyse grundlegend. Der Wert lautet nicht mehr nur „so viel Leitfähigkeit wurde gemessen“. Das Ergebnis zeigt, welche Stoffgruppen extrahiert wurden und in welcher Konzentration. Damit lässt sich der Rückstand mit Prozessschritten und Materialquellen abgleichen.

Typische Fragestellungen sind:

  • Stammt die Belastung aus dem Flussmittel?
  • Sind Chlorid- oder Bromidanteile nachweisbar?
  • Trägt ein Reinigungsmittel zur ionischen Belastung bei?
  • Sind Rückstände im Spülwasser oder aus der Handhabung erkennbar?
  • Verändert sich das Ionenprofil nach einer Anpassung des Waschprozesses?

Für die Analyse werden die Rückstände üblicherweise in einem Beutel mit einem Isopropanol-Wasser-Gemisch extrahiert. Ein häufig verwendeter Parameter ist eine Stunde bei 80 °C. Diese Bedingungen erhöhen die Ausbeute gegenüber einer einfachen Raumtemperaturextraktion. Sie sind Teil des Messverfahrens und dürfen bei Vergleichsreihen nicht unkontrolliert verändert werden.

Die Ergebnisse der Ionenchromatographie sind nicht automatisch mit einer universellen Freigabegrenze verbunden. Einzelne Grenzwerte für Chlorid, Bromid, Sulfat oder schwache organische Säuren müssen aus der Anwendung, dem Materialsystem und der Prozessqualifikation abgeleitet werden. Genau hier liegt die methodische Grenze einer pauschalen Tabelle mit „zulässigen“ Ionenwerten.

Ein Wert kann für eine Baugruppe unkritisch und für eine andere relevant sein. Entscheidend sind Leiterabstände, Spannung, Temperatur, Feuchte, Oberflächenfinish, Flussmittelchemie und die Geometrie der Teststruktur. Ein Multilayer mit kleinen Abständen und hoher Betriebsspannung benötigt eine andere Bewertung als eine einfache, niedrig belastete Baugruppe.

Die Ionenchromatographie ist damit das geeignete Verfahren für die chemische Ursachenanalyse. Sie beantwortet jedoch nicht allein die Betriebsfrage. Ein identifiziertes Ion ist ein Befund. Ob daraus ein Isolationsversagen entsteht, muss unter geeigneter elektrischer und klimatischer Belastung geprüft werden.

ROSE und Ionenchromatographie im direkten Vergleich

PrüfmerkmalROSE-TestIonenchromatographie
VerfahrenLeitfähigkeit eines LösemittelauszugsTrennung und Quantifizierung einzelner Ionen
NormbezugIPC-TM-650 2.3.25IPC-TM-650 2.3.28
ErgebnisGesamtbelastung als NaCl-ÄquivalentEinzelne Anionen, Kationen und schwache organische Säuren
PrüfgeschwindigkeitHochNiedriger, abhängig von Extraktion und Laboranalyse
ProzessüberwachungGut geeignetGeeignet für vertiefte Untersuchungen und Referenzmessungen
UrsachenanalyseBegrenztHoch
Aussage zur IsolationssicherheitIndirektIndirekt
Abhängigkeit von der ProbenahmeHochHoch, aber chemisch differenzierter
Typischer EinsatzSerienmonitoringQualifikation, Reklamationsanalyse, Prozessänderung

Der Vergleich zeigt: Die Ionenchromatographie ersetzt den ROSE-Test nicht in jeder Fertigung. Sie ergänzt ihn dort, wo der Summenwert keine Entscheidung mehr ermöglicht. Der ROSE-Test liefert Geschwindigkeit. Die Ionenchromatographie liefert Spezifität.

SIR-Test: die elektrische Wirkung unter Feuchte

Der SIR-Test nach IPC-TM-650 2.6.3.7 prüft den Oberflächenisolationswiderstand unter definierter Klimabelastung. Die standardisierte Belastung erfolgt bei 40 °C und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit. Die Prüfung läuft mindestens 72 Stunden. In der Praxis sind 168 Stunden, also sieben Tage, üblich.

Gemessen wird nicht die chemische Zusammensetzung eines Rückstands, sondern seine Wirkung auf die elektrische Isolation. Die Teststruktur wird unter Spannung betrieben. Der Isolationswiderstand wird in festgelegten Intervallen aufgezeichnet. Ein erfolgreicher Test erfordert gemäß IPC-9202 mindestens 100 MΩ auf geeigneten Teststrukturen, etwa dem IPC-B-52-Testboard.

Das Prüfverfahren bildet eine reale Ausfallmechanik wesentlich besser ab als ein reiner Extraktionswert. Feuchtigkeit senkt den Oberflächenwiderstand. Ionen erhöhen die Leitfähigkeit des Feuchtefilms. Unter elektrischer Spannung können sich leitfähige Pfade zwischen benachbarten Leitern ausbilden. Bei geeigneter Material- und Geometriekombination kann daraus CAF-Wachstum entstehen. Der zeitliche Verlauf ist entscheidend.

Ein einzelner Endwert genügt nicht immer. Relevant sind:

  • der Ausgangswiderstand vor der Klimabelastung,
  • der Abfall während der ersten Stunden,
  • intermittierende Einbrüche,
  • die Stabilisierung nach Feuchteaufnahme,
  • die Differenz zwischen Referenz- und Prüfmuster,
  • der Mindestwert während der gesamten Prüfung,
  • das Verhalten nach Rückkehr zu Normalklima.

Ein langsamer, kontinuierlicher Widerstandsabfall weist auf einen anderen Mechanismus hin als ein einzelner Messsprung. Wiederholte Einbrüche können auf lokale Kontamination, Kondensation, Kontaktprobleme oder instabile Messpfade hindeuten. Die Kurve muss deshalb zusammen mit dem Schliffbild und der chemischen Analyse bewertet werden.

SIR-Prüfungen werden nicht zerstörungsfrei an fertigen Serienbaugruppen durchgeführt. Sie benötigen Testcoupons oder standardisierte Testboards. Der Coupon muss die kritischen Merkmale der späteren Baugruppe abbilden: Leiterabstand, Oberflächenfinish, Materialaufbau, Lötprozess, Flussmittel und relevante Beschichtung.

Ein unpassender Coupon erzeugt eine saubere Messreihe ohne ausreichende Übertragbarkeit. Wenn die Teststruktur größere Abstände verwendet als die Serienbaugruppe, sinkt die Empfindlichkeit. Wenn das Materialsystem abweicht, wird das CAF-Risiko nicht repräsentativ abgebildet. Wenn der Coupon nur den unbestückten Leiterplattenzustand zeigt, fehlen möglicherweise Rückstände und thermische Einflüsse aus dem Bestückungsprozess.

SIR ist kein Ersatz für die chemische Analyse

Der SIR-Test kann einen Isolationsabfall nachweisen. Er kann aber nicht zuverlässig erklären, ob Chlorid, Bromid, organische Säuren, Feuchteaufnahme, Materialdelamination oder eine geometrische Schwachstelle die Ursache ist.

Das ist für die Fehlerbehebung entscheidend. Ein nicht bestandener SIR-Test führt ohne Ionenchromatographie und Querschliff häufig zu falschen Korrekturmaßnahmen. Eine Änderung der Waschzeit kann wirkungslos bleiben, wenn die Ursache im Materialaufbau liegt. Eine Änderung des Flussmittels kann wirkungslos bleiben, wenn die Rückstände aus der Handhabung stammen. Ein höherer Reinigungsgrad kann wirkungslos bleiben, wenn der Leiterabstand die eigentliche Grenze darstellt.

SIR misst den Ausfallmechanismus. Ionenchromatographie misst den chemischen Befund. Erst der Abgleich beider Daten ergibt eine belastbare Ursache.

Die Verfahren liefern unterschiedliche Beweise

Die drei Methoden greifen an unterschiedlichen Stellen der Fehlerkette an. Eine belastbare Qualitätsentscheidung muss diese Ebenen trennen.

1. Prozesszustand: ROSE

ROSE beantwortet die Frage, ob sich die ionische Gesamtbelastung im laufenden Prozess verändert hat. Die Methode ist für Trends geeignet. Sie benötigt eine stabile Referenz und eine definierte Probenahme.

Wenn der ROSE-Wert nach einer Änderung der Waschchemie steigt, liegt ein Prozesssignal vor. Das Signal beweist noch nicht die Ursache. Es zeigt, dass eine weitere Analyse erforderlich ist.

2. Chemische Ursache: Ionenchromatographie

Die Ionenchromatographie beantwortet die Frage, welche Ionen und organischen Säuren vorhanden sind. Sie ist besonders relevant bei:

  • neuen Flussmittelsystemen,
  • Änderungen der Lötprofile,
  • Umstellung von Reinigungsanlagen,
  • Reklamationen nach Feuchte- oder Temperaturtests,
  • Abweichungen zwischen Leiterplattenlieferanten,
  • auffälligen ROSE-Trends ohne erkennbare Prozessänderung.

Wenn ein spezifisches Ionenprofil mit einem Prozessschritt korreliert, lässt sich die Fehlerursache eingrenzen. Eine pauschale Aussage wie „die Leiterplatte ist sauber“ entsteht daraus nicht. Es entsteht ein quantifizierter chemischer Befund.

3. Funktionelle Zuverlässigkeit: SIR

SIR beantwortet die Frage, ob die Isolation unter definierter Feuchte- und Temperaturbelastung erhalten bleibt. Die Methode ist für die Prozessqualifikation und für vergleichende Material- und Flussmittelbewertungen geeignet.

Wenn der SIR-Wert unter 100 MΩ fällt oder während der Prüfung instabil wird, ist die Baugruppe beziehungsweise das repräsentative Testsystem nicht ausreichend qualifiziert. Die nachfolgende Ursachenanalyse benötigt dann mindestens die chemische Rückstandsbestimmung und eine Untersuchung der relevanten Leiterstrukturen.

Schliffbildanalyse und lokale Fehler

Globale Reinheitsverfahren erfassen nicht jede lokale Schwachstelle. Bei Multilayern ist deshalb die Schliffbildanalyse ein notwendiger Ergänzungsschritt, wenn elektrische oder chemische Befunde nicht zusammenpassen.

Der Querschliff zeigt unter anderem:

  • Harzrückzug an Bohrungen,
  • Risse im Kupfer,
  • Delaminationen,
  • Restbohrspitzen,
  • unzureichende Metallisierung,
  • Abweichungen bei Kupferdicken,
  • Harzverteilung zwischen Lagen,
  • geometrische Engstellen an Mikrovias,
  • mögliche Pfade für Feuchte und Ionenwanderung.

Ein ROSE-Test arbeitet mit einer extrahierten Gesamtfläche. Eine SIR-Teststruktur arbeitet mit definierten Leiterpaaren. Ein Querschliff zeigt dagegen die lokale physische Geometrie. Diese drei Perspektiven können voneinander abweichen, ohne dass ein Messverfahren falsch ist.

Beispiel: Der ROSE-Wert bleibt niedrig. Die Ionenchromatographie weist keine auffällige Chloridbelastung nach. Der SIR-Widerstand fällt trotzdem ab. Der Querschliff zeigt eine Delamination nahe einer eng beabstandeten Struktur. In diesem Fall liegt die Ursache nicht zwingend in einer überhöhten ionischen Reinheit. Die Feuchte kann über die Materialstruktur und die Delamination einen leitfähigen Pfad erzeugen.

Der umgekehrte Fall ist ebenfalls möglich: Die Schliffbilder sind geometrisch unauffällig, aber die Ionenchromatographie zeigt ein anwendungskritisches Rückstandsprofil. Dann ist ein bestandener Kurzzeittest kein ausreichender Gegenbeweis. Die Prüfbedingungen können den Mechanismus nicht ausreichend angeregt haben.

Welche Prüfung für welche Entscheidung?

Die Auswahl hängt von der Entscheidung ab, die getroffen werden soll. Wer nur das Verfahren auswählt, ohne die Fragestellung zu definieren, produziert Messwerte ohne klare Konsequenz.

EntscheidungGeeignetes VerfahrenWarum
Laufenden Waschprozess überwachenROSESchneller Trendwert für die Serienfertigung
Abweichung zwischen zwei Losen untersuchenROSE und IonenchromatographieErst Gesamttrend, dann chemische Differenzierung
Neues Flussmittel qualifizierenIonenchromatographie und SIRRückstandsprofil plus elektrische Wirkung
Bestückungsprozess unter Feuchte bewertenSIRDirekte Messung des Isolationsverhaltens
Reklamation mit intermittierendem Fehler analysierenIonenchromatographie, SIR, SchliffbildChemie, Funktion und lokale Struktur werden gekoppelt
Historischen Grenzwert bestätigenNicht ausreichend mit ROSE alleinDer Einzelwert ersetzt keine objektive Prozessqualifikation
Materialsystem und Multilayer-Aufbau bewertenSIR und SchliffbildanalyseIsolationsverhalten und Querschnitt werden gemeinsam geprüft

Für die Serienüberwachung bleibt ROSE wirtschaftlich und praktisch. Der Fehler beginnt dort, wo dieser schnelle Kontrollwert als alleiniger Nachweis für die Langzeitzuverlässigkeit interpretiert wird.

Reinheitsklassen und Prozessqualifikation

Bezeichnungen wie Reinheitsklassen nach IPC-5704 können eine technische Einordnung unterstützen. Sie ersetzen jedoch nicht die anwendungsbezogene Prozessqualifikation. Eine Leiterplatte wird nicht durch eine einzelne Reinheitsklasse für jede Betriebssituation qualifiziert.

Die Bewertung muss mindestens folgende Parameter zusammenführen:

  • Leiterabstände und Spannungsniveau,
  • Materialaufbau und Harzsystem,
  • Tg-Wert und thermische Belastung,
  • Feuchteaufnahme,
  • Oberflächenfinish,
  • Flussmitteltyp,
  • Reinigungs- und Spülprozess,
  • Baugruppengeometrie,
  • Beschichtung oder ungeschützter Betrieb,
  • erwartete Lebensdauer,
  • Testcoupon und Messbedingungen.

Der Tg-Wert ist dabei kein Reinheitsparameter. Er beeinflusst die thermische Stabilität des Substrats. Die Dielektrizitätskonstante ist kein direkter Ionenwert. Sie beeinflusst elektrische Eigenschaften und Signalführung. CAF-Wachstum ist kein Ergebnis des ROSE-Tests. Es ist ein möglicher Ausfallmechanismus im Material- und Leiterplattenaufbau. Diese Begriffe dürfen in einer Qualitätsbewertung nicht vermischt werden.

Die physikalische Trennung der Einflussgrößen ist Voraussetzung für eine belastbare Fehleranalyse. Eine Leiterplatte kann chemisch unauffällig, geometrisch kritisch und unter Feuchte elektrisch instabil sein. Sie kann ebenso chemisch auffällig sein und den SIR-Test unter den gewählten Bedingungen bestehen. Beide Befunde verlangen eine unterschiedliche Reaktion.

Die sinnvolle Prüfstrategie

Für eine neue Baugruppe ist eine abgestufte Prüfstrategie zweckmäßig.

Stufe 1: Referenzprozess definieren

Zunächst wird ein stabiler Fertigungszustand mit festgelegter Flussmittelchemie, Waschfolge, Spülqualität und Trocknung dokumentiert. ROSE-Werte allein genügen nicht. Probenahmefläche, Extraktionsvolumen, Temperatur, Zeit und Messgerät müssen festgelegt werden.

Ohne diese Randbedingungen sind spätere Zahlenreihen nicht vergleichbar.

Stufe 2: Chemisches Profil bestimmen

Bei neuer Chemie oder neuer Materialkombination folgt die Ionenchromatographie. Das Ergebnis dient als Referenzprofil. Die Messung sollte vor und nach relevanten Prozessänderungen wiederholt werden.

Besonders relevant ist die Frage, ob ein gleichbleibender ROSE-Wert durch ein verändertes Ionenspektrum verdeckt wird. Die Gesamtleitfähigkeit kann ähnlich bleiben, obwohl sich die elektrochemische Relevanz der Rückstände verändert.

Stufe 3: Funktionelle Belastung prüfen

Der SIR-Test erfolgt auf einer passenden Teststruktur. Die Prüfung läuft mindestens 72 Stunden; eine Dauer von 168 Stunden ist in der Praxis häufig. Der Mindestwert von 100 MΩ ist nicht isoliert zu betrachten. Der Verlauf der Messwerte und die Stabilität unter Klimabelastung gehören zur Bewertung.

Stufe 4: Abweichung korrelieren

Bei einem auffälligen SIR-Verlauf werden Ionenchromatographie und Schliffbildanalyse herangezogen. Der ROSE-Wert dient zur Einordnung des Prozesszustands. Er ersetzt die Ursachenanalyse nicht.

Stufe 5: Freigabekriterien festlegen

Erst nach dieser Korrelation lassen sich anwendungsspezifische Grenzwerte definieren. Dazu gehören ein ROSE-Trendbereich, ein zulässiges Ionenprofil und ein SIR-Kriterium. Die Werte müssen auf Teststruktur und Einsatzbedingungen bezogen sein.

Ein Grenzwert ohne Prüfmodell ist eine Zahl ohne physikalische Aussage.

Der klare Vergleich: Geschwindigkeit gegen Aussagekraft

Der leiterplatten reinheitstest verfahren vergleich führt zu einer eindeutigen Zuordnung:

  • ROSE ist das Kontrollinstrument für die Fertigung.
  • Ionenchromatographie ist das Instrument für die chemische Identifikation.
  • SIR ist das Instrument für die elektrische Zuverlässigkeit unter Feuchte.
  • Schliffbildanalyse ist das Instrument für lokale Geometrie und Materialfehler.

ROSE besitzt die höchste Geschwindigkeit und die geringste Spezifität. Die Ionenchromatographie besitzt die höchste chemische Spezifität, benötigt aber definierte Extraktion und Laboranalyse. SIR besitzt die höchste Nähe zum funktionellen Ausfall, ist jedoch auf geeignete Teststrukturen angewiesen und nicht als zerstörungsfreie Serienprüfung fertiger Baugruppen einsetzbar.

Die Verfahren sind damit nicht austauschbar. Wer den ROSE-Test durch SIR ersetzt, verliert die schnelle Prozesskontrolle. Wer SIR durch Ionenchromatographie ersetzt, verliert den Nachweis der elektrischen Wirkung. Wer beide durch einen historischen NaCl-Äquivalentwert ersetzt, reduziert die Prozessqualifikation auf eine nicht mehr ausreichende Summenmessung.

Fazit

Der Grenzwert von 1,56 µg/cm² NaCl-Äquivalent gehört nicht mehr als universelle Freigabegrenze in eine moderne Prozessqualifikation. Der ROSE-Test bleibt sinnvoll. Seine Funktion ist die Überwachung eines bekannten Fertigungsprozesses, nicht der alleinige Nachweis langfristiger Baugruppenzuverlässigkeit.

Die Ionenchromatographie zeigt, welche Rückstände tatsächlich vorliegen. Der SIR-Test zeigt, ob die Isolation unter 40 °C und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit stabil bleibt. Der Mindestwert von 100 MΩ und die Messreihe über 72 bis 168 Stunden liefern den elektrischen Nachweis. Der Querschliff klärt lokale Struktur- und Materialursachen.

Die belastbare Entscheidung lautet deshalb nicht „ROSE oder IC oder SIR“. Sie lautet: ROSE für das Monitoring, Ionenchromatographie für die Ursache, SIR für die Wirkung. Erst diese Kombination erfüllt den Anspruch an objektive Evidenz in der Leiterplattenfertigung.

Häufige Fragen

Warum reicht der ROSE-Grenzwert von 1,56 µg/cm² für moderne Leiterplatten nicht mehr aus?
Der ROSE-Test misst nur die Gesamtleitfähigkeit eines Lösemittelauszugs als NaCl-Äquivalent, ohne einzelne Ionenspezies wie Chlorid, Bromid oder schwache organische Säuren zu unterscheiden. Bei heutigen Multilayern, Mikrovias und dicht bestückten Baugruppen können sich Ionen lokal konzentrieren, was ein globaler Extraktionswert nicht zuverlässig abbildet.
Welche Normen gelten für ROSE-Test, Ionenchromatographie und SIR-Test?
Der ROSE-Test wird nach IPC-TM-650 2.3.25 durchgeführt, die Ionenchromatographie nach IPC-TM-650 2.3.28 und der SIR-Test nach IPC-TM-650 2.6.3.7. Die IPC J-STD-001G mit Amendment 1 hat den starren 1,56-µg/cm²-Wert als alleiniges Kriterium abgeschafft, die spätere J-STD-001H führt diese Logik fort.
Wie lange dauert ein SIR-Test und welche Bedingungen gelten?
Der SIR-Test läuft mindestens 72 Stunden, in der Praxis sind 168 Stunden üblich. Die standardisierte Klimabelastung erfolgt bei 40 °C und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit, und gemäß IPC-9202 muss der Oberflächenisolationswiderstand mindestens 100 MΩ auf geeigneten Teststrukturen wie dem IPC-B-52-Testboard betragen.
Wann sollte man Ionenchromatographie statt ROSE einsetzen?
Die Ionenchromatographie ist sinnvoll bei neuen Flussmittelsystemen, Änderungen der Lötprofile, Umstellung von Reinigungsanlagen, Reklamationen nach Feuchte- oder Temperaturtests und bei auffälligen ROSE-Trends ohne erkennbare Prozessänderung. Sie identifiziert einzelne Ionen und organische Säuren und ermöglicht die Zuordnung zu konkreten Materialquellen.
Kann der SIR-Test an fertigen Serienbaugruppen durchgeführt werden?
Nein, SIR-Prüfungen werden nicht zerstörungsfrei an fertigen Serienbaugruppen durchgeführt. Sie benötigen Testcoupons oder standardisierte Testboards, die die kritischen Merkmale der späteren Baugruppe wie Leiterabstand, Oberflächenfinish, Materialaufbau, Lötprozess und Flussmittel abbilden müssen.
Welche zusätzlichen Fehler zeigt die Schliffbildanalyse, die ROSE und SIR nicht erkennen?
Der Querschliff zeigt lokale physische Defekte wie Harzrückzug an Bohrungen, Risse im Kupfer, Delaminationen, Restbohrspitzen, unzureichende Metallisierung und geometrische Engstellen an Mikrovias. Diese können Pfade für Feuchte und Ionenwanderung bilden, selbst wenn ROSE- und Ionenchromatographie-Werte unauffällig sind.