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3-2019

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Löt- und

Löt- und Verbindungstechnik Was bietet Löten mit Vakuumprofilen? Die Voidbildung im Lötprozess sicher im Griff Die Welt des Vakuumlötens ist bei Kontaktwärmeund Dampfphasen- Lötsystemen schon seit Jahrzehnten eine bewährte Technik, um Lufteinschlüsse in Lötstellen deutlich zu reduzieren. Was bedeutet dies aber im Hinblick auf das Konvektionslöten, welches heutzutage die meistgenutzte und durchsatzstärkste Löttechnik darstellt? Bild 1: Einflussfaktoren auf Voids und Zuverlässigkeit (Quelle: AK Poren; Dr. Wohlrabe, TU Dresden) Die Einflüsse in der Baugruppenfertigung auf die Lötstellenausbildung und somit auf deren Qualität sind durch unüberschaubar viele Parameter beeinflusst, die immer schwerer zu kontrollieren bzw. zu beherrschen sind. Bild 1 (erstellt vom Arbeitskreis Poren) zeigt eine Übersicht der Faktoren, was einen ersten Einblick in die Komplexität der Problematik bietet. Hier gibt es allerdings nur zwei Faktoren, die kurz vor der Produktion der betreffenden Baugruppen genutzt werden können, um die Ausbildung von Voids zu verhindern. Zum einen ist dies die Schablone und die Gestaltung der Apertur, zum anderen die Nutzung der Vakuumtechnologie beim Löten selbst. Als Alleinstellungsmerkmal kann das Vakuumlöten sogar im Produktionsprozess als „Feuerwehr“ bei kurzfristig erhöhtem Auftreten von Hohlräumen genutzt werden und es kann flexibel auf Schwankungen der Zulieferqualität von Bauelementen, Leiterplattenoberflächen oder Chargenschwankungen bei Lotpasten reagiert werden. Reparaturen von Baugruppen In den modernen Vakuumlötsystemen von Rehm Thermal Systems wie der Konvektionslötanlage VisionXP+ Vac oder den Dampfphasenlötanlagen der CondensoX- Serie sind neben der Serienproduktion auch Reparaturen von Baugrup- Autor: Helmut Öttl Leiter Applikation und Prozessentwicklung Rehm Thermal Systems GmbH www.rehm-group.com Bild 2: Aufbau einer Konvektionslötanlage mit Vakuumkammer 30 3/2019

Löt- und Verbindungstechnik Bild 3: Baugruppenprofil auf einer Konvektionslötanlage mit Vakuumprozess pen möglich, bei denen im ersten Lötdurchgang auf einer herkömmlichen Lötanlage zu große Voids erzeugt wurden. Diese müssten als Verwurf gekennzeichnet werden, da sie die Kriterien der einschlägigen IEC-Normen oder IPC- Richtlinien verletzen. Doch was heißt eigentlich Vakuum und wie beeinflusst es den Aufbau einer Reflowlötanlage? Die Definition des Vakuums ist in der DIN 28400 wie folgt definiert: „Vakuum heißt der Zustand eines Gases, wenn in einem Behälter der Druck des Gases und damit die Teilchenzahldichte niedriger ist als außerhalb oder wenn der Druck des Gases niedriger ist als 300 mbar, d.h. kleiner als der niedrigste auf der Erdoberfläche vorkommende Atmosphärendruck“. Bild 2 zeigt den wesentlichen Aufbau einer Reflow- Konvektionslötanlage, wobei der grau eingefärbte Bereich für den Vakuumprozess verantwortlich ist. D.h. davor und danach ist der Aufbau identisch mit einer konventionellen Konvektionslötanlage mit Vorheizung, Peak- und Kühlbereich. Es wird also lediglich eine Vakuumzone hinzugefügt. Die Profilierung der Baugruppe geschieht dabei wie bei Prozessen ohne Vakuum, allerdings kann hier zwischen Peak- und Kühlzone der Vakuumprozess angewendet werden. Wie in Bild 3 gezeigt, muss dieser Vakuumprozess nicht aus einem Schritt bestehen, sondern kann auch für sensible Bauteile in mehrere Halteschritte aufgeteilt werden. Vergleichbar mit einem Scubataucher beim Auftauchen kann hier stufenweise der Druck aus den Bauteilen und Lötstellen entweichen. Geschwindigkeit des Vakuumziehens Genauso kann die Geschwindigkeit des Vakuumziehens beeinflusst werden, um die Dynamik so einzustellen, dass keine Effekte wie Lötspritzer und ähnliches auftreten können. Da einer der wesentlichen Vorteile der Konvektionslötanlage im heutigen Fertigungsprozess der hohe Baugruppendurchsatz ist, muss hier ein Kompromiss aus zu erreichender Qualität (Voidanteil in der Lötstelle) und Taktzeit gefunden werden. Als Faustregel gilt: Je niedriger der Voidanteil sein soll, desto höher ist der Taktzeitzuschlag zum Standardprofil ohne Vakuum. Für eine 200 mm lange Baugruppe wird beispielsweise eine Taktzeit von 25 s ohne Vakuumanlage erreicht. Wird hier ein Vakuumprozess mit 100 mbar ausgewählt, um bei QFN-Bauteilen ein Voidratio

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