Checkliste für die Sichtprüfung: Vollständiger Leitfaden zur Leiterplatten-Qualitätskontrolle

Eine robuste Sichtprüfungs-Checkliste ist die erste Verteidigungslinie gegen Herstellungsfehler in der Leiterplattenbestückung (PCBA). Während elektrische Tests die Funktionalität überprüfen, gewährleistet die Sichtprüfung eine langfristige Zuverlässigkeit, indem sie strukturelle Mängel wie kalte Lötstellen, schief sitzende Komponenten oder Oberflächenschäden erkennt, bevor das Produkt das Werk verlässt. Bei APTPCB (APTPCB PCB Factory) integrieren wir diese Checklisten in jede Produktionsphase, um die Einhaltung der IPC-Klasse 2 und Klasse 3 zu gewährleisten.

Kurze Antwort (30 Sekunden)

Für Ingenieure und Qualitätsmanager muss eine Sichtprüfungs-Checkliste die folgenden kritischen Bereiche abdecken:

Standardkonformität: Überprüfung anhand der IPC-A-610-Kriterien (Akzeptanz elektronischer Baugruppen) für die Zielklasse (1, 2 oder 3).
Vergrößerungsbereich: 1,75x bis 4x für die allgemeine Überprüfung; 10x bis 20x für die Verifizierung von Fine-Pitch-Komponenten.
Beleuchtung: Erfordern Sie kühles weißes Licht (>1000 Lux) mit schattenfreien Ringlichtern, um Benetzungsprobleme beim Löten zu erkennen.
Blickwinkel: Prüfen Sie in einem 45-Grad-Winkel, um abgehobene Pads und Fersenkehlen zu erkennen, die bei Draufsichten übersehen werden.
Reihenfolge: Prüfen Sie in einem konsistenten "Z"-Muster oder Zone für Zone, um übersprungene Bereiche zu vermeiden.
Dokumentation: Protokollieren Sie jeden Defekt mit Positionsbezeichnungen (z. B. R12, U4) anstelle vager Beschreibungen.

Wann die Sichtprüfungs-Checkliste angewendet wird (und wann nicht)

Die Sichtprüfung ist vielseitig, hat aber physikalische Grenzen. Zu wissen, wann man sich auf manuelle Prüfungen und wann auf automatisierte Systeme verlassen sollte, ist entscheidend für die Effizienz.

Wann eine manuelle Sichtprüfungs-Checkliste verwendet werden sollte:

NPI und Prototypenentwicklung: Unerlässlich für die ersten 1-50 Platinen, um den Montageprozess zu validieren und designbedingte Passungsprobleme zu erkennen.
Nacharbeitsprüfung: Nachdem eine Komponente manuell ersetzt wurde, muss ein menschlicher Bediener die Reparatur visuell überprüfen.
Große Durchsteckkomponenten: Steckverbinder und Transformatoren blockieren oft AOI-Kameras, sodass menschliche Augen die Seitenverrundungen überprüfen müssen.
Kosmetische Validierung: Überprüfung auf Kratzer, Verfärbungen oder Etikettenausrichtung, die automatisierte Systeme falsch interpretieren könnten.
Ungewöhnlich geformte Komponenten: Teile mit unregelmäßigen Formen, die schwer in Standard-AOI-Bibliotheken zu programmieren sind.

Wann sie unzureichend ist (erfordert AOI oder Röntgen):

Massenproduktion mit hohem Volumen: Menschliche Ermüdung führt nach 1-2 Stunden zu übersehenen Defekten; Automatisierte Optische Inspektion ist für die Konsistenz erforderlich.
Verdeckte Lötstellen: BGAs, QFNs und LGAs haben Verbindungen unter dem Gehäuse; diese erfordern eine Röntgeninspektion.
Fehler in inneren Schichten: Sichtprüfungen können Delaminationen oder Leiterbahnunterbrechungen innerhalb einer Mehrlagen-Leiterplatte nicht erkennen.
Hochgeschwindigkeits-Signalintegrität: Sichtprüfungen bestätigen die Platzierung, können aber Impedanz oder Signalleistung nicht überprüfen.

Regeln & Spezifikationen

Eine standardisierte Sichtprüfungs-Checkliste basiert auf spezifischen physikalischen Kriterien. Die folgende Tabelle beschreibt die primären Regeln, die bei APTPCB zur Bewertung der Montagequalität verwendet werden.

Regel	Empfohlener Wert/Bereich	Warum es wichtig ist	Wie zu überprüfen	Bei Missachtung
Benetzung der Lötstelle	Kontaktwinkel < 90° (konkave Hohlkehle)	Gewährleistet eine starke intermetallische Verbindung.	Mikroskop im 45°-Winkel.	Kalte Lötstellen, intermittierender Ausfall.
Bauteilpolarität	Kerbe/Punkt stimmt mit Siebdruck überein	Verhindert sofortigen Schaltungsausfall.	Bauteilmarkierung mit PCB-Overlay vergleichen.	Leiterplattenbrand, Kurzschlüsse.
Bauteilausrichtung	Überhang < 25% der Padbreite	Erhält elektrische Isolation und mechanische Festigkeit.	Auflichtvergrößerung (4x).	Schwache Lötstellen, potenzielle Kurzschlüsse.
Lötbrücken	0% zwischen Leitern zulässig	Verhindert Kurzschlüsse.	Gegenlicht oder schräges Ringlicht.	Sofortiger Funktionsausfall.
Lotkügelchen	Keine > 0,13 mm (lose)	Kann sich lösen und später Kurzschlüsse verursachen.	Hochvergrößerungsscan, Bürstentest.	Feldausfall aufgrund von Vibrationen.
Durchkontaktierungsfüllung	> 75% vertikale Füllung (Klasse 2)	Gewährleistet die Integrität der Durchkontaktierungsverbindung.	Seitenansicht oder Röntgenprobe.	Pinbruch, offene Stromkreise.
Drahtüberstand	1,5 mm - 2,5 mm (typisch)	Verhindert Kurzschlüsse zu Gehäuse/Abschirmung.	Messschieber oder optische Lehre.	Mechanische Interferenz.
Leiterplattenoberfläche	Kein freiliegendes Kupfer oder tiefe Kratzer	Schützt Leiterbahnen vor Oxidation/Kurzschlüssen.	Bloßes Auge + 2x Vergrößerung.	Langzeitkorrosion.
Flussmittelrückstände	Minimal (No-Clean) oder keine (wasserlöslich)	Verhindert dendritisches Wachstum/Korrosion.	UV-Licht-Inspektion.	Leckstrom, Korrosion.
Höhenprofil	Entspricht der technischen Zeichnung	Passt in das Gehäuse.	Höhenmessgerät / Gut-Ausschuss-Lehre.	Fehler bei der Montagepassung.

Implementierungsschritte

Die Implementierung eines effektiven Inspektionsprozesses erfordert einen strukturierten Arbeitsablauf. Befolgen Sie diese Schritte, um eine zuverlässige visuelle Inspektionscheckliste in der Produktion zu implementieren.

Umgebungseinrichtung: Stellen Sie sicher, dass der Arbeitsplatz über ESD-Schutz (Handgelenkband, Matte) und ausreichende Beleuchtung (1000+ Lux) verfügt. Reinigen Sie die Optik des Mikroskops oder der Lupe.
Golden-Board-Vergleich: Legen Sie ein als gut befundenes "Golden Board" neben die zu prüfende Einheit. Dies bietet eine sofortige visuelle Referenz für die Komponentenausrichtung und -platzierung.
Allgemeine Oberflächenprüfung: Halten Sie die Platine auf Armeslänge, um offensichtliche Schäden, Brandspuren oder fehlende große Komponenten zu überprüfen. Prüfen Sie auf Platinenverzug.
Systematische Lötstelleninspektion: Verwenden Sie ein Mikroskop (4x-10x) und scannen Sie die Platine in einem "Z"-Muster. Konzentrieren Sie sich auf Lötstellen. Achten Sie auf Benetzung, Hohlkehlform und Brücken. Dies entspricht den gängigen Leiterplatten-Qualitätsstandards.
Komponentenprüfung: Überprüfen Sie den Wert und die Polarität kritischer Komponenten (ICs, Elektrolytkondensatoren, Dioden). Lesen Sie die Lasermarkierungen auf dem Gehäuse.
Überprüfung auf Schmutz und Verunreinigungen: Achten Sie auf lose Lötperlen, Drahtabschnitte oder überschüssige Flussmittelrückstände zwischen den Fine-Pitch-Pins.
Markierung und Protokollierung: Wird ein Defekt gefunden, markieren Sie die Stelle mit einem nicht-permanenten Pfeil oder Aufkleber. Protokollieren Sie den Fehlercode (z.B. "U12 - Brückenbildung") im Qualitätsbericht.
Endabnahme: Wenn die Platine alle Prüfungen besteht, bringen Sie einen "QC Pass"-Stempel oder Aufkleber am Rand der Leiterplatte oder auf dem Begleitdokument an.

Fehlermodi & Fehlerbehebung

Auch mit einer Checkliste treten Defekte auf. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen dem visuellen Symptom und der Grundursache hilft Ingenieuren, den Prozess zu beheben, nicht nur die Platine.

Symptom: Tombstoning (Bauteil steht aufrecht)
- Ursache: Ungleichmäßige Erwärmung oder unausgewogene Pad-Größen, die eine ungleiche Oberflächenspannung verursachen.
- Prüfung: Überprüfen Sie die Pad-Geometrie und das Lötpastenvolumen.
- Behebung: Löten Sie die angehobene Seite von Hand.
- Prävention: Passen Sie die DFM-Richtlinien für den thermischen Ausgleich auf den Pads an.
Symptom: Lötbrücken (Kurzschlüsse zwischen Pins)
- Ursache: Überschüssige Lötpaste, geringe Schablonenspannung oder zu hoher Bauteilplatzierungsdruck.
- Prüfung: Überprüfen Sie die Reduzierung der Schablonenöffnung (typischerweise 10-15%).
- Behebung: Entfernen Sie überschüssiges Lot mit Entlötlitze.

Vorbeugung: Schablone häufiger reinigen; Druck anpassen.

Symptom: Kalte Lötstelle (Stumpfe, körnige, konvexe Oberfläche)
- Ursache: Unzureichende Hitze während des Reflow-Lötens oder Störung während der Abkühlung.
- Überprüfung: Reflow-Profil Zeit-über-Liquidus überprüfen.
- Behebung: Flussmittel auftragen und mit einem Lötkolben nachlöten.
- Vorbeugung: Reflow-Ofenprofil optimieren.
Symptom: Entnetzung (Lot zieht sich von Pad/Anschluss zurück)
- Ursache: Kontaminierte Pads oder oxidierte Anschlüsse.
- Überprüfung: Haltbarkeit der Oberflächenveredelung der Leiterplatte überprüfen.
- Behebung: Anschlüsse reinigen, stärkeres Flussmittel verwenden und nachlöten.
- Vorbeugung: Lagerbedingungen für Leiterplatten und Bauteile verbessern.
Symptom: Verschobenes Bauteil (Fehlausrichtung)
- Ursache: Ungenauigkeit der Bestückungsmaschine oder Hochgeschwindigkeits-Förderbandbewegung vor dem Reflow-Löten.
- Überprüfung: Pick-and-Place-Koordinaten überprüfen.
- Behebung: Mit Heißluftstation neu ausrichten, wenn der elektrische Kontakt beeinträchtigt ist.
- Vorbeugung: Visionärsystem der Bestückungsmaschine kalibrieren.
Symptom: Unzureichendes Lot (Unterversorgte Lötstelle)
- Ursache: Schablonenöffnung blockiert oder Paste ausgetrocknet.
- Überprüfung: Sauberkeit der Schablone überprüfen.
- Behebung: Drahtlot manuell hinzufügen.
- Vorbeugung: Automatisierte Lötpasteninspektion (SPI) implementieren.

Designentscheidungen

Eine effektive Inspektion beginnt bereits in der Layoutphase. Designer können die Checkliste für die Sichtprüfung einfacher und schneller auszuführen, indem sie spezifische Layoutpraktiken befolgen.

Komponentengruppierung: Kleine passive Bauteile in Reihen gruppieren, um ein schnelleres visuelles Scannen zu ermöglichen. Eine zufällige Platzierung verlangsamt den Prüfer.
Polaritätsindikatoren: Stellen Sie sicher, dass die Siebdruck-Polaritätsmarkierungen nach dem Platzieren des Bauteils sichtbar sind. Wenn das Gehäuse die Markierung verdeckt, kann der Prüfer sie nicht überprüfen.
Inspektionszugang: Vermeiden Sie es, hohe Bauteile (wie Kondensatoren) unmittelbar neben kurze, feine ICs zu platzieren. Das hohe Bauteil wirft einen Schatten und blockiert den Mikroskopwinkel, der zum Überprüfen der IC-Pins erforderlich ist.
Fiducials: Obwohl hauptsächlich für Maschinen gedacht, helfen klare Fiducials menschlichen Prüfern, sich auf dichten Platinen zu orientieren.
Textlesbarkeit: Verwenden Sie eine Strichbreite von mindestens 6 mil für Referenzbezeichnungen, damit diese ohne extreme Vergrößerung lesbar sind.

FAQ

1. Kann die Sichtprüfung elektrische Tests ersetzen? Nein. Die Sichtprüfung überprüft die strukturelle Integrität und die Verarbeitungsqualität. Sie kann keine internen IC-Fehler, falsche Firmware oder Mikrorisse in Leiterbahnen erkennen. Sie muss mit Endqualitätskontrolltests wie ICT oder FCT kombiniert werden.

2. Was ist der Unterschied zwischen IPC Klasse 2 und Klasse 3 für die Sichtprüfung? Klasse 2 (Dedizierter Dienst) erlaubt einige kosmetische Mängel, solange die Funktionalität erhalten bleibt. Klasse 3 (Hohe Zuverlässigkeit) hat strengere Kriterien; zum Beispiel erfordert Klasse 3 eine 75%ige Hülsenfüllung für Durchkontaktierungen, während Klasse 2 50% akzeptieren kann.

3. Wie lange sollte eine Sichtprüfung dauern? Für eine Standardplatine mittlerer Komplexität dauert die manuelle Prüfung 2 bis 5 Minuten. Dauert es länger, setzt die Ermüdung des Bedieners ein und die Genauigkeit sinkt.

4. Benötige ich für alle Prüfungen ein Mikroskop? Nicht für alle. Allgemeine Montageprüfungen können mit einer beleuchteten Lupe (3x) durchgeführt werden. Bauteile der Größe 0402, Fine-Pitch-QFP und die Überprüfung auf Mikrolötkugeln erfordern jedoch ein Stereomikroskop (10x-20x).

5. Wie inspiziere ich BGA-Bauteile visuell? Sie können nur die äußere Reihe der Kugeln mit einem Seitenansichtsspiegel oder Endoskop inspizieren. Die inneren Reihen sind für das Auge unsichtbar und erfordern eine Röntgeninspektion.

6. Was ist die "Goldene Platine"? Eine Goldene Platine ist ein verifiziertes, fehlerfreies Muster, das als Referenzstandard aufbewahrt wird. Prüfer vergleichen Produktionseinheiten mit dieser Platine, um Unklarheiten bezüglich der Bauteilausrichtung oder -platzierung zu beseitigen.

7. Wie oft sollten Prüfer Pausen machen? Die Sichtprüfung ist visuell anspruchsvoll. Prüfer sollten jede Stunde eine 5-10-minütige Augenpause einlegen, um die Fehlerrate aufrechtzuerhalten.

8. Ist AOI besser als die manuelle Prüfung? AOI ist schneller und konsistenter für die Massenproduktion. Die manuelle Inspektion ist jedoch besser für Kleinserien, unregelmäßig geformte Teile und die Beurteilung subjektiver Kriterien wie „übermäßiger Flussmittelrückstand“.

9. Was sind die Voraussetzungen für die Grundlagen der AOI-Programmierung? Um von der manuellen zur AOI-Inspektion überzugehen, benötigen Sie gute CAD-Daten (XY-Koordinaten), eine konsistente Komponentenbibliothek und definierte Beleuchtungsparameter für verschiedene Lötstellentypen.

10. Wie dokumentiere ich visuelle Inspektionsergebnisse? Verwenden Sie ein digitales Qualitätsmanagementsystem (QMS) oder einen einfachen Papierbegleitschein. Notieren Sie die Seriennummer der Platine, den spezifischen Fehlercode und den Positionsbezeichner.

Glossar (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Definition
Hohlkehle (Fillet)	Die konkave Oberfläche des Lotes, die zwischen dem Bauteilanschluss und dem Pad gebildet wird.
Meniskus	Die gekrümmte obere Oberfläche des Lotes; zeigt eine gute Benetzung an.
Tombstoning	Ein Defekt, bei dem ein Bauteil aufgrund unausgeglichener Benetzungskräfte auf einem Ende steht.
Kalte Lötstelle	Eine Lötstelle mit schlechter Benetzung, gekennzeichnet durch ein mattes, graues oder poröses Aussehen.
Lötbrücke (Bridging)	Eine unerwünschte elektrische Verbindung (Kurzschluss) zwischen zwei Leitern, die durch überschüssiges Lot entsteht.
Lunkerbildung (Voiding)	Leere Räume oder Lufteinschlüsse in einer Lötstelle.
Koplanarität	Der Zustand, bei dem alle Anschlüsse eines Bauteils auf derselben flachen Ebene liegen.
Entnetzung (De-wetting)	Ein Zustand, bei dem Lot eine Oberfläche zunächst benetzt, sich dann aber zurückzieht und einen dünnen, unregelmäßigen Film hinterlässt.
Head-in-Pillow	Ein BGA-Defekt, bei dem die Lotkugel auf der Paste ruht, sich aber nicht zu einer einzigen Lötstelle verbindet.
Referenzbezeichner	Der alphanumerische Code (z.B. R1, C5), der auf der Leiterplatte gedruckt ist, um eine Komponente zu identifizieren.
IPC-A-610	Die Industriestandard-Spezifikation für die Akzeptanz elektronischer Baugruppen.
Goldenes Muster (Golden Board)	Eine perfekte Mustereinheit, die als visuelle Referenz für Inspektoren dient.

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Um ein präzises Angebot zu erhalten, geben Sie bitte an:

Gerber-Dateien (RS-274X-Format).
Stückliste (BOM) mit Herstellerteilenummern.
Montagezeichnungen, die spezielle Inspektionsanforderungen angeben.
Gewünschte IPC-Klasse (2 oder 3).

Fazit

Eine gut strukturierte Sichtprüfungs-Checkliste ist unerlässlich, um Herstellungsfehler herauszufiltern und die Produktzuverlässigkeit zu gewährleisten. Durch die Kombination manueller Überprüfung für Prototypen mit automatisierten Systemen für die Serienproduktion können Ingenieure hohe Qualitätsstandards aufrechterhalten. Bei APTPCB wenden wir diese strengen Inspektionskriterien auf jedes Projekt an, um sicherzustellen, dass die von Ihnen erhaltenen Platinen einsatzbereit sind.