Die häufigsten Lötfehler im Überblick

Die Elektronikfertigung kennt eine Vielzahl von Lötfehlern – der internationale Standard IPC-A-610 liefert dafür einen allgemein anerkannten Rahmen zur Klassifizierung und Bewertung. Zu den häufigsten Fehlerbildern in der Praxis zählen:

Lötbrücken

Eine Lötbrücke entsteht, wenn überschüssiges Lot zwei benachbarte Leiterbahnen oder Pins miteinander verbindet, die eigentlich elektrisch voneinander getrennt sein müssen. Das Ergebnis ist ein ungewollter Kurzschluss, der die gesamte Platine funktionsunfähig machen kann.

Besonders tückisch: Lötbrücken sehen nie gleich aus. Mal ist es ein hauchdünner Lotfaden zwischen zwei SMD-Lötstellen, mal ein deutlich sichtbarer Lotkegel zwischen zwei Pins. Ihre Form, Größe und Lage variieren von Platine zu Platine, was sowohl bei der manuellen, als auch der automatisierten Erkennung für Probleme sorgt.

Fehlende Pins

Bei der Durchsteckmontage (THT – Through-Hole Technology) werden Bauteile, wie der Name schon sagt, durch Bohrungen in der Platine gesteckt und auf der Unterseite verlötet. Steckt ein Bauteil nicht korrekt oder gar nicht in den vorgesehenen Bohrungen, fehlt auch der Pin auf der anderen Seite. 

Nicht unbedingt ein direkter Lötfehler, aber durch eine korrekte Prüfung der Lötstellen, kann so auch das Fehlen von THT-Bauteile entdeckt werden.

Kalte Lötstellen

Eine kalte Lötstelle entsteht, wenn das Lot beim Löten nicht vollständig aufgeschmolzen ist und sich keine metallurgische Verbindung gebildet hat. Die Verbindung sieht aus der Ferne korrekt aus, ist aber mechanisch instabil und elektrisch hochohmig.

Sie kann zunächst funktionieren und erst nach Wochen oder Monaten versagen - Ein klassisches Garantie-Problem, wenn die Platine dann schon geliefert und verbaut wurde.

Tombstoning

Tombstoning ist ein Lötfehler, der vor allem bei kleinen SMD-Bauteilen auftritt. Dabei löst sich ein Ende des Bauteils vom Lötpad ab und das Bauteil stellt sich – wie ein Grabstein – senkrecht auf. Ursache ist meist ein thermisches Ungleichgewicht: Schmilzt die Lötpaste an einem Pad schneller als am anderen, zieht die entstehende Oberflächenspannung das Bauteil auf eine Seite, bevor beide Verbindungen gleichzeitig erstarren können.

Das Ergebnis ist eine fehlende oder unterbrochene Lötverbindung – der Stromkreis ist offen, das Bauteil funktionslos. Besonders bei dicht bestückten Platinen kann ein aufgestelltes Bauteil leicht übersehen werden, vor allem wenn es zwischen größeren Komponenten liegt.

Lotmangel und Lotrückstände

Die richtige Dosierung ist beim industriellen Löten das A und O: Zu wenig Lot an einer Verbindung sorgt für eine schwache oder unterbrochene Verbindung. Zu viel Lot hingegen kann zu Lötbrücken führen oder benachbarte Bauteile beeinträchtigen. 

Flussmittelrückstände, die nicht korrekt entfernt wurden, können zudem unter Feuchtigkeit leitfähig werden und so zu Kriechströmen führen. 

Grenzen manueller Sichtkontrolle

Die naheliegende Lösung: Ein Mensch schaut mit einem Vergrößerungsglas auf die Platine. Ein aus der Zeit gefallener Ansatz, der aus mehreren Gründen nicht praktikabel ist:

Zeit und Kosten: Bei Platinen mit Hunderten oder Tausenden von Lötstellen dauert eine gründliche Sichtprüfung pro Einheit viele Minuten. Bei hohen Stückzahlen summiert sich das schnell auf enorme Personalkosten und stellt ein Bottleneck in der Linie dar, das den Durchsatz dramatisch verringert.

Subjektivität und Inkonsistenz: Was Prüfer A als „akzeptable Lötstelle" durchgehen lässt, beanstandet Prüfer B. Besonders bei Grenzfällen wie schwachen Lötbrücken oder leichtem Lotmangel gibt es keine verlässlich einheitliche Beurteilung. Das führt zu schwankender Qualität und im schlimmsten Fall zu systematisch übersehenen Fehlern.

Unspezifische Fehlermuster: Lötfehler folgen oft keinem Standardmuster. Eine Lötbrücke sieht beim ersten Bauteil anders aus als beim zweiten. Für das menschliche Auge ist es schwer, diese Variabilität zuverlässig zu erfassen.

Skalierbarkeit: Mit steigenden Produktionsvolumina lässt sich die manuelle Prüfung schlicht nicht linear skalieren. Mehr Platinen bedeuten mehr Prüfer – ein Modell, das in modernen Fertigungsumgebungen wirtschaftlich nicht tragfähig ist.

AOI-Systeme: Automatisierte Optische Inspektion als Antwort

Ein Lösungsansatz, mit dem die Probleme manueller Sichtkontrolle umgangen werden, ist die Verwendung eines AOI-Systems. Ein solches führt in der Regel kamerabasierte Prüfprogramm aus, bei denen Bilder der Lötstellen erstellt und mit Soll-Bildern verglichen werden.

Der Vorteil liegt dabei auf der Hand: Ein AOI-System wird nicht müde, arbeitet immer mit derselben Sorgfalt und kann die Lötstellen einer Platine in kürzester Zeit prüfen.

Aber auch klassische AOI-Systeme haben Probleme mit Lötfehlern: Sie arbeiteten mit fest programmierten Schwellwerten und geometrischen Regeln und reagierten entsprechend empfindlich auf normale Schwankungen im Fertigungsprozess. Das führte zu hohen Pseudofehlerraten: Platinen werden dadurch als fehlerhaft aussortiert, obwohl sie in Ordnung sind.

AOI mit KI: Der Durchbruch in der Lötstellenprüfung

Ein moderner Lösungsansatz liegt in der Kombination aus hochauflösender Kameratechnik und KI-Anwendungen in AOI-Systemen. Statt fester Regeln lernt ein KI-Modell aus realen Beispielbildern, wie korrekte und fehlerhafte Lötstellen tatsächlich aussehen. Es erkennt Muster und Anomalien auch dann zuverlässig, wenn sie sich in Form und Größe unterscheiden. Eine Lötbrücke bleibt eine Lötbrücke – egal ob sie aus einem breiten Lotklumpen oder einem dünnen Faden besteht. Hochauflösende Kameras sorgen dabei dafür, dass selbst feinste Strukturen klar sichtbar und analysierbar sind.

Ein Beispiel aus der Praxis ist ModSPOT: In einer geschlossenen, kontrollierten Prüfumgebung fährt eine hochauflösende Kamera auf einem Achssystem die eingelegte Platine systematisch ab und analysiert jede Lötstelle anhand eines KI-basierten Prüfprogramms. Pseudofehler werden dabei auf ein Minimum reduziert – das System lernt, normale Fertigungsschwankungen von echten Defekten zu unterscheiden. Das Ergebnis: weniger Ausschuss, weniger unnötige Nacharbeit und eine verlässlich hohe Qualität.

Eine KI für jeden Use-Case

Das Erstellen von KI-Modellen ist oft mit hohen Kosten verbunden. Dienstleister müssen engagiert werden, um aus aufwendig gesammelten Daten KI-Modelle zu trainieren. Sobald eine neue Baugruppe hinzukommt oder eine bestehende abgewandelt wird, muss ein neues Modell trainiert werden und man wird erneut zur Kasse gebeten.

Flexibler ist man, wenn man selbst eigene KI-Modelle erstellen kann. Das KI-building-Tool ModOFFICE bietet die Möglichkeit, innerhalb weniger Stunden und ohne etwaige Programmierkenntnisse, KI-Modelle selbst zu erstellen. Diese sind sofort einsatzbereit und können in Prüfsystemen wie ModSPOT genutzt werden - beispielsweise um Lötfehler zu erkennen.

Dadurch ergibt sich jedoch auch die Möglichkeit, die Prüfsysteme für andere Anwendungsgebiete zu nutzen, sei es für die Schutzlackprüfung (Mit UV-Beleuchtung kein Problem) oder zur Prüfung von THT- und SMT-Bauteilen.

Fazit

Lötfehler sind in der Elektronikfertigung ein alltägliches und kostenintensives Problem. Die schiere Menge disqualifiziert die manuelle Sichtprüfung von vornherein und klassische AOI-Systeme stoßen aufgrund unregelmäßiger Fehlerbilder an ihre Grenzen.

Die Kombination aus moderner Kameratechnik und KI-basierter Bildanalyse schließt diese Lücke: Sie erkennt Lötfehler zuverlässig, konsistent und schnell, ohne Pseudofehler zu erzeugen. Für Platinenhersteller, die ihre Qualitätssicherung modernisieren wollen, sind KI-gestützte AOI-Systeme heute kein Nice-to-have mehr, sondern ein entscheidender Wettbewerbsvorteil.

Autor: Frederick Warken

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