Der Schablonendruck ist einer der kritischsten Schritte in der SMT-Fertigung. Bei einer Fehlerrate, die 50 bis 70 % erreichen kann, hat der Druckprozess maßgeblichen Einfluss auf Qualität und Ausbeute der gesamten Produktionslinie. Grund genug für uns über die Zukunft des Lotpastendrucks nachzudenken. Nachdem im Forum auf der SMT in Nürnberg der Punkt von einer Reihe von Experten diskutiert wurde, haben wir zwei Fragen an weitere Fachleute aus der Branche gerichtet, um zusätzliche Meinungen zum Thema einzuholen:Kann der Schablonendruck in Zukunft überleben, oder wird er durch andere Verfahren abgelöst?Welche technischen Trends und Entwicklungen werden den Lotpastendruck in Zukunft beeinflussen?
Dietmar Schönbrunn, Berlin-Oberspree Sondermaschinenbau (BOS), Berlin:
Die aufgeworfenen Fragen kann man eigentlich nur im Zusammenhang beantworten. Geht es nach dem Willen der Berlin-Oberspree Sondermaschinenbau (BOS) und ihren Partnern, sind die Stunden des Lostpastendrucks gezählt und der Schablonendruck wird sich bestenfalls für andere Hilfsverfahren, wie z.B. dem Flussmittelaufdruck behaupten können.
Woher nehmen wir diese Gewissheit? Seit nunmehr ca. drei Jahren arbeitet BOS, gemeinsam mit den Projektpartnern Siemens, Karlsruhe, dem Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, den Lackwerken Peters und der Andus Electronic aus Berlin am Thema Festlotdepots. Bei dem Verfahren, welches in unterschiedlichen Modifizierungen bereits Mitte der 90er Jahre diskutiert wurde, handelt es sich um eine neue Möglichkeit der Lotdeponierung auf Leiterplatten aus einer Lotschmelze. Damit hebt sich diese Technologie von den üblichen SSD-Technologien ab und erschließt neue Anwendungsmöglichkeiten. Bei Einsatz dieser Technologie kann der Lotpastendruck, durch den heute 64 % der Fertigungsfehler entstehen, ganz entfallen.
Wie erfolgt nun das Aufbringen der BOS-Festlotdepots auf die Leiterplatte? Für die Erzeugung von Festlotdepots auf Leiterplatten müssen diese mit Lack beschichtet werden (ca. 50 bis 80 mm Schichtdicke). An den Kontaktpads ist die Lackschicht durch einen Chemigafieschritt beseitigt, so dass kleine Kavitäten entstehen. Danach erfolgt die Benetzung mit einem Fluxmittel und anschließender Trocknung.
Die in der beschriebenen Form vorbereiteten Boards werden nun in ein mit flüssigem Zinn (T~220 °C) befülltes Bad unter Druck eingetaucht. Durch diesen Vorgang erfolgt die Benetzung der Pads mit der erforderlichen Lotmenge. Um eine plane Oberfläche zu erreichen, werden anschließend die Leiterplatten unter eine beheizbare Presse transportiert und bearbeitet, so dass sich im Ergebnis eine ebene Fläche ergibt. Abschließend werden die Leiterplatten abgekühlt und zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Der gesamte Prozess, angefangen von der Benetzung mit Fluxmittel bis hin zur abschließenden Bearbeitung, findet in einer oxidhemmenden Stickstoffatmosphäre statt. Im Ergebnis entstehen nahezu kubische Lötzinnvorräte an den Stellen, an denen später Bauelemente aufgelötet werden sollen.
Die Stunden des Lotpasten-Drucks sind gezählt
Für das beschriebene Verfahren wurde durch BOS auf der letzten SMT in Nürnberg erstmals der Prototyp einer Fertigungsanlage (FLD 300/400) ausgestellt. Nach Abschluss der Entwicklung im November 2001 wird zur Productronica in München eine serienreife Fertigungsanlage zu sehen sein. Die Analge wurde so konzipiert, dass sie in Fertigungslinien integriert werden kann.
Bereits jetzt sind wir in Nürnberg auf reges Interesse der Leiterplatten- und Baugruppenhersteller gestoßen, denn die Vorteile liegen auf der Hand:
•Die Lotdeponierung, mit allen dabei auftretenden Problemen, kann beim Leiterplattenhersteller erfolgen, der Anwender muss nur noch Bestücken und Löten
•Der Lotpastendruck entfällt und damit alle Folgeprobleme des Einkaufs, der Lagerung, Qualitätssicherung und Entsorgung von Lotpasten
•Die Lotvolumina sind mit engen Toleranzen exakt definierbar
•Geringere Anforderungen an die Klimatisierung der Fertigungsräume
•Es kann eine 100%-ige Prüfung des Lotdepots erfolgen
•Die Oberflächen des Lotdepots sind planar, was vor allem für höherpolige Bauteile und enge Rastermaße wichtig ist
•Das Reflowlöten der Bauelemente kann in der Regel mit weniger Flussmitteln erfolgen, als das bei Lotpasten der Fall ist (geringere Oberfläche). Auf andere Zusätze wie Binder kann ganz verzichtet werden. Dadurch entstehen weniger Rückstände, was für die ggf. notwendige Nachreinigung und Zuverlässigkeit der Baugruppen günstig ist. Dieser Umstand ist vor allem auch für optische Komponenten relevant.
•Die Festlotdepots sind auch für neue Lötverfahren, die ohne Flussmittel arbeiten, z.B. mit Plasmavorbehandlung in aktiven Atmosphären, gut geeignet
•Es lassen sich Lotschichtdicken von 50 bis 100 µm in kompakter Form herstellen, während bei der gedruckten Lotpaste für eine Lotdicke von 75 µm eine Nassschicht von ca. 150 µm erforderlich ist
•Es kann eine höhere Fertigungsausbeute erzielt werden. Zur Zeit entstehen 64 % der Fertigungsfehler durch den Lotpastendruck
EPP 158
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