Innovationen im Reflowprozess

Von Florian Schüßler (Lehrstuhl FAPS, Uni Erlangen-Nürnberg) wurde die ganzheitliche Optimierung bei der Baugruppenmontage betrachtet. Schwerpunkt waren alle Einflussgrößen entlang der Prozesskette in der Mikroverbindungstechnik. Es wurde der Bogen von der Qualifizierung der Komponenten, dem Auftrag der Verbindungsmedien, der optimierten Bestückungstechnologie, der gesicherten Verbindungs-, bzw. Löttechnik bis hin zur Prozess begleitenden Qualitätssicherung gespannt.

Dr. Viktor Tiederle (RELNETyX AG) zeigte deutlich das Spannungsfeld zwischen Funktion, Komplexität, Miniaturisierung und Kostendruck auf, in dem sich die Anforderungen an die Bauelemente befinden. Sehr anschaulich wurden Größenverhältnisse und die Entwicklung von alten zu neuen Package-Bauformen dargestellt. Der Trend von DIP/SOT zu BGA, QFN und DCA war unübersehbar. Die Problematik neuer Bauelemente, die ohne „Beinchen“ auskommen und damit keinen mechanischen Puffer mehr haben wie z: B. BGA und QFN stellt neue Anforderungen an die mechanische Belastung von Leiterplatte, Verbindung und Bauelement. Zusätzliche Herausforderungen sah Dr. Tiederle in Einsatz von bleifreien Loten und den damit verbunden Temperaturanforderungen. Fazit: Für die Zuverlässigkeit der Baugruppe ist die Kenntnis des Missions-Profils wesentlich und auf den Prozess angepasste Modellrechnungen sind unverzichtbar.

Anton Miric (W. C. Heraeus) referierte über Lotpasten und deren Zusammensetzung, sowie den Einfluss der einzelnen Komponenten auf das Lötergebnis. Oberflächenstruktur und damit die Größe der Oberfläche steht im direkten Zusammenhang mit den Eigenschaften der Paste. Leicht verständlich wurde den Teilnehmern die komplexe Welt der Lotpastenchemie erschlossen. Eindrucksvolle REM-Aufnahmen bis Pastentyp 8 wurden gezeigt. Den Einfluss der unterschiedlichen Pasten auf Lunkerbildung und andere Lötfehler wurde thematisiert. Der Einfluss der Flussmittel auf das Lötergebnis und deren Funktion in den einzelnen Lötphasen wurde im letzten Teil ausgeführt. Ausblickend wurde festgestellt, dass weitere Verbesserungen bei der Druckbarkeit, bei der Benetzung, Zuverlässigkeit und weiteren Speziallegierungen im Hochtemperaturbereich zu erwarten sind.

Mit Schabloneninnovationen befasste sich Georg Kleemann (LaserJob) in seinem Vortrag über Lasertechnik und Druckschablonen. Im ersten Teil wurde die Lasertechnik in kurzen Worten erläutert und auf die Notwendigkeit der Anpassung der Lasertechnik an die neuen Anforderungen hingewiesen. So bietet der nun verfügbare Faserlaser auch im Bereich der Mikrobearbeitung durch seine hervorragenden Strahleigenschaften erhebliche Vorteile zur Vorgängertechnik. Die vorschubabhängige Pulsfrequenz garantiert konstante Schneidergebnisse in der Schablonentechnologie. Wichtige Voraussetzungen bei der Schablonenfertigung wurden für die Schablonentypen Standard, Ätzlaser, Viafill, Waferbumping und Reparaturschablone genannt und deren besondere Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten wurden dargestellt. Besondere Beachtung fand die Stufenschablone PatchWork und die beschichtete NanoWork-Schablone. Auch auf die patentrechtliche Situation bei der Schablonenbeschichtung wurde verwiesen. Messmikroskop, Kontaktwinkelmessung, Scancheck, Messtisch, Blechdickenmessgerät für eingeklebte Schablonen sind nur einige der notwendigen Messmittel für eine durchgängige Qualitätssicherung.

Das Referat von Torsten Vegelahn (EKRA Automatisierungssysteme) stand unter dem Motto Druckeranforderungen für die Zukunft – Ein Leitfaden für die Qualifikation. Über die treibenden Innovationsfaktoren und den Anforderungen an eine moderne Baugruppe wurden die notwendigen Leistungsmerkmale eines neuzeitlichen Druckers definiert. Der Einfluss der Druckparameter wie Rakeldruck, Rakelgeschwindigkeit, Rakelwinkel und Trenngeschwindigkeit wurde anschaulich dargestellt. Auch hier wurden die erhöhten Anforderungen beim Druckvorgang hinsichtlich fortschreitender Miniaturisierung deutlich. Anforderungen an Drucker, Personal, Schablone und Umgebungsbedingungen (Temperatur) wurden definiert.

Rolf Diehm (Seho Systems) setzte sich in seinem Vortag intensiv mit der Reflowtechnik und deren Probleme auseinander. Die komplexen Zusammenhänge in diesem Bereich wurden anschaulich in Grafiken dargestellt. Auf die Wechselwirkung von bleihaltigen Bauteilanschlüssen auf bleifreie Lote wurde hingewiesen. Eine Gegenüberstellung von Konvektionsöfen, IR-Übertragung und Dampfphasenatmosphäre zeigte die Vorteile der jeweiligen Technik. Speziell wurde auf VP-Vakuumlöten und verschiedene Temperaturprofile und deren Einsatzgebiete eingegangen.

Außerdem wurde ein Ausblick in die Mikrowellenlötung und deren Anlagentechnik anschaulich dargestellt.

Carmina Läntzsch (LaserJob) setzte die Nanobeschichtung von SMD-Schablonen eindruckvoll ins Bild. Nach dem chemischen Aufbau der Nanoschicht wurde das von ihr maßgeblich umgesetzte Verfahren erläutert. Ein wesentlicher Bestandteil des Vortrages befasste sich mit den Qualifizierungsprüfungen der Nanoschicht. So wurden die Ergebnisse der Schichtdickenuntersuchung, der chemischen und mechanischen Beständigkeit vorgestellt. Anhand von REM und EDX-Aufnahmen konnten sich die Teilnehmer ein Bild von dieser neuen Schablonentechnologie machen. Abschließend nahmen die qualitätssichernden Maßnahmen, die für die Herstellung von Nanoschichten zwingend erforderlich sind, einen breiten Raum ein.

Michael Rösch (Lehrstuhl FAPS, Uni Erlangen-Nürnberg) berichtete über seinen umfangreichen Test, in dem er die NanoWork-Schablone mit herkömmlichen SMD-Schablonen verglich. Nach der Vorstellung der untersuchten Schablonentypen und des Versuchslayouts, sowie den Untersuchungskriterien wurden die beeindruckenden Ergebnisse, die mit einem präzisen 3D-Messsytem ermittelt wurden, vorgestellt. So konnten unter den definierten Testvoraussetzungen die klaren Voreile der NanoWork-Schablone gezeigt werden. Fazit: Die beschichtete Schablone schnitt bei Auslöseverhalten und Verschmutzungsneigung auf der Schablonenunterseite deutlich besser ab als alle herkömmlichen Schablonentypen.

Der Praxisbericht von Bernhard Schneider (IFM ecomatic) unterstrich die Vorteile der NanoWork-Schablone in der laufenden Fertigung. Mit den Teststrukturen wurden Pastenhöhe und Pastenvolumen per 3D-Inspektion gemessen und die jeweilige Standardabweichung errechnet. Die Versuche wurden mit verschiedenen Schablonendicken durchgeführt. Zusammenfassend wurde berichtet, dass mit der beschichteten Schablone durch eine geringere Streuung beim Druck eine höhere Prozessstabilität, eine höhere Zuverlässigkeit und weniger Reinigungszyklen erreichbar sind.

Auch Rudolf Zrenner (Siemens AG) berichtete von seiner praktischen Erfahrung beim standardmäßigen Einsatz der NanoWork-Schablone. Einleitend wurden die Entwicklungsstationen der beschichteten Schablone gezeigt und auf die Anforderungskriterien hingewiesen. Die Fertigungsqualifizierung beim Bauteil 0201 und beim BGA29 wurde bezüglich des transferierten Pastenvolumens grafisch dargestellt. Die Vorteile der NanoWork-Schablone wurden hinsichtlich Auslöseverhalten und Reinigungszyklen (80 Drucke ohne Unterseitenreinigung) beeindruckend dargestellt.

Über die Rework-Reparatur von Bauteilen referierte Dominik Horn (Finetech). Die hohe Präzision der Reworkstationen, die für den problemlosen Austausch von komplexen und kleinsten Bauelementen auf einer Platine, stand im Mittelpunkt des Interesses. Es wurden die Vorteile des direkten Lotpastenauftrags (DCP) auf das Bauteil dargestellt und die Einsatzgebiete der Geräte erläutert. In der Zusammenfassung wurde auf den Einsatz der Präzisionsgeräte in der Serienfertigung und auf die Möglichkeit der Bearbeitung aller SMD-Bauteile in einem Gerät hingewiesen.

EPP 411