Lunker (Void)

Auf den ersten Blick sieht eine Lötstelle von außen oft perfekt aus – doch was im Inneren steckt, bleibt dem Auge verborgen. Lunker, im Englischen als Voids bezeichnet, sind Hohlräume innerhalb der Lotmasse, die erst durch Röntgeninspektion sichtbar werden.

Ob ein Lunker ein Problem darstellt, hängt von seiner Größe, Position und der Anwendung ab. In sicherheitskritischen Bereichen wie Automotive, Medizin oder Luft- und Raumfahrt sind strenge Grenzwerte definiert. Für Einkäufer und Projektmanager ist das Thema relevant, weil Lunker über Röntgenanforderungen, Prozesskosten und Qualitätsvereinbarungen entscheiden.

Definition

Lunker (englisch: Voids, Kirkendall Voids oder Solder Voids) sind Hohlräume im Inneren einer Lötstelle, die sich während oder nach dem Reflow-Lötprozess bilden. Sie entstehen, wenn gasförmige Substanzen – Lösungsmittel aus der Lotpaste, Flussmittel-Zersetzungsprodukte oder Lufteinschlüsse – beim Erstarren des Lotes eingeschlossen werden.

Man unterscheidet makroskopische Voids (sichtbar im Röntgenbild, >50 µm), Mikrovoids (<50 µm, statistisch verteilt) und Planar Voids (flächige Schichten, besonders kritisch). Besonders problematisch sind Voids unter thermisch belasteten Bauteilen wie QFN, BGA oder Leistungshalbleitern, wo sie die Wärmeabfuhr blockieren.

Der Void-Anteil wird als prozentualer Flächenanteil der Hohlräume zur Gesamtlötfläche angegeben. Gebräuchliche Normen wie IPC-7093 (Design and Assembly Process Guidelines for Bottom Termination Components) definieren maximal zulässige Void-Anteile für verschiedene Bauteiltypen und Anwendungsklassen.

Grundlagen

Hauptursachen für Lunker sind: Flüchtige Stoffe in der Lotpaste (Lösungsmittel, Flussmittel) die beim Aufheizen verdampfen und eingeschlossen werden, unzureichende Ausgasung während der Vorheizphase des Reflow-Profils, Lufteinschlüsse durch Kavitation beim Fließen des Lotes sowie Oberflächenoxide auf Pads oder Bauteilen.

Bei bestimmten Bauteiltypen – insbesondere bei QFN (Quad Flat No Leads), LGA und BGAs mit großem thermischem Pad – sind Lunker besonders häufig, da das Lot in einem geschlossenen Raum unter dem Bauteil fließen und ausgasen muss.

Das Dampfphasen-Löten mit Vakuum-Puls ist derzeit die effektivste Methode zur Void-Reduzierung: Nachdem das Lot aufgeschmolzen ist, wird kurzzeitig ein Vakuum erzeugt, das Gasblasen aus dem flüssigen Lot saugt.

Technischer Ablauf

Lunker entstehen primär während der Reflow-Phase, wenn Lotpaste aufschmilzt und Gase einschließt.
Nach dem Löten sind Lunker von außen unsichtbar – Röntgeninspektionsanlage (X-Ray) macht sie sichtbar.
Automatische Röntgeninspektion (AXI) analysiert das Röntgenbild und berechnet Void-Anteil pro Pad.
Gemessene Void-Werte werden mit definierten Grenzwerten (IPC-7093, Kundenspezifikation) verglichen.
Bei Überschreitung werden Baugruppen ausgeschleust und analysiert.
Fehlerursachenanalyse: Reflow-Profil, Lotpaste, Pad-Design, Bauteil-Pitch werden überprüft.
Prozessoptimierung: Anpassung des Reflow-Profils, Wechsel der Lotpaste oder Einsatz von Vakuum-Löten.
Erneute Verifikation durch X-Ray-Messung nach Prozessänderung.

Anwendungsbereiche

Röntgeninspektionspflicht: Überall dort, wo Lötstellen nicht optisch zugänglich sind (BGA, QFN, LGA).
Leistungselektronik: Voids in Wärmeableitungspads erhöhen den thermischen Widerstand und können zur Überhitzung führen.
Automotive (AEC-Q100/200): Strikte Void-Grenzen für sicherheitskritische Baugruppen.
Medizintechnik: Zuverlässigkeitsanforderungen erfordern niedrige Void-Anteile und vollständige Dokumentation.
Luft- und Raumfahrt: Kombinierte mechanische und thermische Belastungen machen Void-Kontrolle unverzichtbar.

Vorteile

Bewusstsein für Lunker ermöglicht gezielte Prozessoptimierung und Qualitätsverbesserung.
Röntgeninspektion macht verborgene Fehler sichtbar, bevor Produkte ausgeliefert werden.
Standardisierte Grenzwerte (IPC-7093) geben klare, objektive Qualitätsbasis.
Vakuum-Lötverfahren können Void-Anteile auf <2 % reduzieren – deutliche Qualitätsverbesserung.
Frühzeitige PCB-Design-Optimierung (Entgasungsöffnungen in thermischen Pads) reduziert Lunker präventiv.

Herausforderungen

Bewusstsein für Lunker ermöglicht gezielte Prozessoptimierung und Qualitätsverbesserung.
Röntgeninspektion macht verborgene Fehler sichtbar, bevor Produkte ausgeliefert werden.
Standardisierte Grenzwerte (IPC-7093) geben klare, objektive Qualitätsbasis.
Vakuum-Lötverfahren können Void-Anteile auf <2 % reduzieren – deutliche Qualitätsverbesserung.
Frühzeitige PCB-Design-Optimierung (Entgasungsöffnungen in thermischen Pads) reduziert Lunker präventiv.

FAQ

Wie viel Prozent Lunker sind in einer Lötstelle akzeptabel?

Das hängt von der Norm und Anwendung ab. IPC-7093 empfiehlt für QFN-Thermalpads typischerweise maximal 25 % Void-Anteil für Klasse 2 und 10 % für Klasse 3. Manche Automotive-Kunden fordern <5 % oder sogar <2 % bei Vakuum-Löten.

Kann man Lunker reparieren?

Rework von void-behafteten Baugruppen ist möglich (Bauteil ablöten, Pad reinigen, neu löten), aber aufwendig und riskant. Besser ist Prävention durch Prozessoptimierung als Korrektur nach der Fertigung.

Wie erkenne ich Lunker – gibt es eine günstigere Alternative zur Röntgeninspektion?

Nein, für Bauteile mit verdeckten Lötstellen (BGA, QFN, LGA) ist Röntgeninspekton die einzige zuverlässige Methode. Bei sichtbaren Lötstellen kann AOI Oberflächenanomalien erkennen, aber keine internen Hohlräume.

Hat die Wahl der Lotpaste Einfluss auf den Lunkeranteil?

Ja, deutlich. Lotpasten mit niedrigem Flussmittelanteil (Low-Void-Pasten) und optimierter Flussmittelchemie produzieren signifikant weniger Lunker. In Kombination mit einem optimierten Reflow-Profil kann der Void-Anteil erheblich reduziert werden.