Aus der Praxis – für die Praxis

Manfred Wolff, Ersa GmbH, Wertheim

QFN und MLF Bauteile gehören allgemein zur Bauteilkategorie Bottom Terminated Components, oder abgekürzt BTC. Die Hochleistungsvariante moderner Bauteilformen ergänzt den Bauteilemarkt von hochpoligen Gehäuseformen, zu denen auch die Familie der QFPs, als auch alle BGA Gehäusevarianten gehören. Der QFP mit seinen Gullwing Anschlussbeinchen erlaubt ein gezieltes Löten und Nachlöten der einzelnen Anschlüsse. Das Lot muss dabei separat in Form von Festlotdepot, Lotdraht oder Lotpaste zugeführt werden. Zusätzliches Lot ist bei BGAs nur in Ausnahmefällen notwendig. Allerdings erfordert das BGA aufgrund seiner durch das Bauteilgehäuse verdeckten Lotkugeln einen prozesssicheren Ablauf beim Löten. Ein Nachlöten einzelner Anschlussverbindungen ist nicht möglich. Dennoch hat er im direkten Vergleich mit BTC Bauteilen den Vorteil, dass er das notwendige Lotvolumen zum Sicherstellen der elektrischen Verbindungen in Form von Lotkugeln schon mitbringt. Das BTC wird wahrscheinlich aufgrund seiner verhältnismäßig geringen Größe oft unterschätzt. Die elektrischen Kontaktflächen liegen unter dem Gehäuse und können je nach Ausführung unterschiedlich groß und mehrreihig sein. Zusätzliches Lot ist deshalb beim Löten erforderlich. Der weiterhin hohe Wärmebedarf des zentralen Massepads erschwert das ein- und auslöten.

Auf dem Markt tummeln sich unterschiedlichste Handwerkzeuge und Systeme für das selektive Löten der genannten Bauteilformen. Angefangen bei einfachen Handlötkolben, über temperaturgeregelte Heißluftwerkzeuge bis hin zu hochautomatisierten Systemen für das prozesssichere Reworken. Die Anwender solcher Systeme kommen aus den unterschiedlichsten Bereichen. Hobbyelektroniker, Serviceunternehmen, Entwickler, sowie Baugruppendienstleitergehören zum Nutzerkreis. Alle haben damit stets das gleiche Ziel. Sie wollen hohe Lötqualität zum angemessenen Preis.

Ab September führt Ersa deshalb deutschlandweit an 13 Standorten die Ersa Rework-Praxis-Tour 2014 durch.

Zu Beginn startet diese informative und praxisorientierte Hands-On-Veranstaltung mit einem theoretischen Teil, in dem Basiswissen zur Löttechnik vermittelt wird. Anschließend können Handwerkzeuge und Systeme mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad und in verschiedenen Preisklassen von allen Teilnehmern mit Unterstützung von Spezialisten ausführlich getestet und verglichen werden.

Alle Teilnehmer werden an drei unterschiedlich ausgestatteten Arbeitsplätzen die gleichen Bauteilformen einlöten. Denn egal, was ein Lötarbeitsplatz kostet, die Erwartungen an diesen sind immer hoch. Klar ist, je höher der Preis, desto höher ist der Automatisierungsgrad des eingesetzten Systems. Sind viele gleiche Lötaufgaben in kurzer Zeit reproduzierbar und sicher durchzuführen, dann wird dieses System favorisiert. Wird dieser Automatisierungsgrad aber nicht benötigt, kann hierbei eingespart werden.

Die Lötstellenqualität ist aber immer wichtig, egal in welcher Preisklasse man sich bewegt. Auch mit scheinbar einfachen Handwerkzeugen und Systemen kann mit entsprechendem Prozesswissen der Anwender, dem handwerklichen Geschick und den richtigen Gerätekonzepten samt Hilfsmittel eine durchaus hochwertige Lötqualität erzielt werden.

Der Reworkprozess bzw. der Vorgang beim Neuaufbau von Baugruppen kann -wie bereits genannt- in drei Prozessschritte unterteilt werden. Der Vorbereitung der Lotpads, das Bestücken des zu lötenden Bauteils und den eigentlichen Löt- bzw. Entlötvorgang.

Manueller Arbeitsplatz:

Bei dem Nacharbeitssystem i-CON Vario4 wird hauptsächlich mit einem Hochleistungslötkolben, dem i-Tool, sowie dem Heißluftwerkzeug i-Tool AIR S gearbeitet. Mit handwerklichem Geschick und theoretischem Wissen können alle geforderten Lötaufgaben gemeistert werden.

Teilautomatisierte Reworksysteme:

Der Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Arbeitsplatz ist im Wesentlichen im Bereich des Lötprozesses zu sehen. Mit dem IRHR100 Reworksystem wird die Bauteilober-, sowie die Baugruppenunterseite erhitzt. Der Wärmeeintrag mittels hierbei verwendeter mittelwelliger Infrarotwärmestrahlung hat den Vorteil, dass man die notwendige Wärmeenergie nicht mittels Luft bzw. Gas, sondern direkt auf Bauteil und Baugruppe überträgt. Besonderheit ist hierbei der über die Bauteiltemperatur geregelte Wärmeeintrag.

Höher automatisierte Reworksysteme:

Mit dem HR600 Reworksystem können die mit der Dip&Print-Vorrichtung mit Lotpaste bedruckte BTC-Bauteile ohne Programmieraufwand automatisch und akkurat bestückt, sowie dank Closed-Loop-Temperaturregelung sicher und schonend gelötet werden. Weiterhin können mit passenden Schablonen Gullwing-Bauteile in Lotpaste gedippt bzw. BGA-Lotkugeln in Flussmittelpaste gedippt und ebenso einfach und sicher verarbeitet werden. Eine zusätzliche Lotpadvorbereitung kann somit entfallen. Ersa kann als einer der marktführenden Hersteller von Handlöt- und Reworksystemen für einen großen Kundenkreis passende Handwerkzeuge und Anlagenkonzepte anbieten. In Abhängigkeit von löttechnischem Wissen, dem Budget und den Anforderungen können die Erwartungen an eine hohe Lötqualität oft sowohl von kostengünstigen und auch höher automatisierten Systemen erfüllt werden. Einzelne Prozessaufgaben werden dabei manuell oder automatisch abgearbeitet. Die Ersa-Rework-Praxis-Tour 2014 bietet allen Interessierten die Möglichkeit, theoretisches Wissen und praktisches Können intensiv zu erfahren und einzusetzen.

Vom 02. bis 03. Dezember 2014 findet das vierte Modul der Ausbildung zur Fachkraft für Löttechnik statt, das die speziellen Kenntnisse zum Rework von komplexen SMT Bauteilen auf elektronischen Baugruppen vermittelt. Die Teilnehmer/innen lernen das gezielte Auslöten defekter Bauteile und das anschließende wieder Einlöten eines neuen Bauteils am gleichen Ort auf der Leiterplatte. Der Fokus bei diesen Prozessen liegt auf der Temperaturprofil-Führung am zu tauschenden Bauteil beim Aus- und Einlöten und der Temperaturbelastung von Bauteilen in unmittelbar angrenzenden Bereichen.

Die Bauteilformen, die im Modul 4 vorrangig behandelt werden, sind hochpolige „fine pitch“ SMDs mit einem Rastermaß kleiner 0,5 mm und verschiedene Area Array-Bauteile mit verdeckten Lötstellen.