Testing flexible printed circuit boards:
an overview of challenges and solutions

Obwohl die Kontaktstifte über eine entsprechende Veredelung verfügen und bereits zuvor mit künstlichem Schweiß getestet worden waren, stellte sich in der Praxis heraus, dass die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit bei einer solchen Anwendung außergewöhnlich hoch sind. Die Kombination aus verschiedenen Metallen (Lot und Veredelung), Schweiß und Körperrückständen als Elektrolyt sowie elektrischem Stromfluss ergibt ein galvanisches Element, das zu verstärkter elektrochemischer Korrosion führt – bis hin zum Funktionsverlust: Die Kolben  klemmen, sobald die verbaute Feder zu stark angegriffen ist. Bei der Analyse der Verunreinigungen zeigten sich neben den einzelnen Metallbestandteilen wie Zinn, Zink, Kupfer, Gold und Nickel auch Natrium, Chlor, Kohlenstoff und Sauerstoff, die von Körperrückständen herrühren.

Als Antwort auf diese Herausforderung führte INGUN in Absprache mit dem Kunden, einem CI-Hersteller, und in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Konstanz einen erweiterten Korrosionstest durch. Zum einen bestand das Ziel darin, das Ausmaß der Korrosion und ihre Ursachen möglichst genau zu ermitteln. Hierzu wurde ein Test nach DIN 50018 (Kondenswasser-Wechselklima mit schwefeldioxidhaltiger Atmosphäre) mit zusätzlicher Chlorid-Belastung durchgeführt. Zum anderen ging es vor allem darum, den Einfluss von Lot und Flussmittel auf das Ausmaß der Korrosion zu ermitteln sowie solche Kombinationen zu finden, die sich weniger anfällig zeigen und somit für eine längere Standzeit sorgen können.

Peter Breul, Test Probe Project Administrator (Design Projects) bei INGUN, erläutert die Hintergründe: „Wir haben es hier mit einer nicht zu unterschätzenden chemischen Komplexität zu tun: Zunächst unterliegen unsere Kontaktstifte einer Dauerschmierung zur Sicherstellung der Kontaktierung. Dann werden beim Einbau verschiedene Lote sowie ein geeignetes Flussmittel eingesetzt, um die Lötfähigkeit zu erreichen. Hier gilt es, ein Optimum zwischen der Aggressivität für das Anätzen der Leiterplatte zur Herstellung eines elektrischen Kontakts sowie demgegenüber einem ausreichenden Korrosionsschutz zu erzielen. Besonders an den Randschichten wie der Lötstelle und dem Via kommt es zudem regelmäßig zu Legierungen, die nur schwer zu kontrollieren sind.“

Beim Korrosionstest zeigten die 16 verschiedenen Kontaktstifte in vier Gruppen teils sehr unterschiedliche Resultate, von stark angegriffen bis nur oberflächlich verunreinigt (und nach dem Ultraschallbad wieder fast „wie neu“). In weiteren Schritten ergab sich schließlich, dass die Verwendung eines Silberlots in Kombination mit einem geeigneten Flussmittel die Korrosion deutlich reduziert. Außerdem trägt eine Edelstahlfeder im Kontaktstift entscheidend zur Aufrechterhaltung der Funktion über einen längeren Zeitraum bei. „Eine weitere Erhöhung der Standzeit könnte über eine optimierte Veredelung erreicht werden, was jedoch von Kundenseite nicht weiter in Betracht gezogen wurde“, so Peter Breul weiter.