Noch immer konnte das Reflowlöten nicht alle THDs von den Boards verdrängen. Die Gründe hierfür sind günstigere Marktpreise für THDs als für vergleichbare SMDs sowie THD-Packages, die für den Reflowprozess thermisch nicht robust genug sind. Daher hat sich das selektive Löten neben dem Wellenlöten zum zweiten wichtigen Flowlötverfahren in der Elektronikproduktion entwickelt. Obwohl beide Verfahren mit flüssigem Lot arbeiten, gibt es doch fundamentale Unterschiede.
Das Wellenlöten ist ein ausgesprochenes Massenlötverfahren, bei dem die Zykluszeit unabhängig von der Bestückdichte nur von der Transportgeschwindigkeit abhängig ist. Die Wellenlötparameter sind für alle Lötstellen identisch. Beim selektiven Löten bestimmen die Anzahl der Lötstellen und deren individuelle Lötparameter die Zykluszeit. Selektive Lötanlagen ermöglichen überdies auch räumliches Löten, bei dem die Freiheitsgrade X, Y, Z, d (Winkelkoordinate) und t (Zeit) wahlweise zur Verfügung stehen.
Selektivlöten ist also kein Wellenlöten mit zusätzlichen Optionen, sondern ein eigenständiges Lötverfahren mit besonderen Anforderungen sowohl an das Lötgut als auch an die Anlagentechnik.
Die Technik muss sich weitgehend an den für jede Baugruppe spezifischen Lötprozess anpassen. Darin liegt die größte Herausforderung für den Maschinenbau. Mit der RISE (Bild 1) hat rehm eine Lötanlage entwickelt, die optional auf die verschiedenen Prozessanforderungen anzupassen ist.
Handling
Ein präzise steuerbares 5-Achsen-Robotsystem mit einer zusätzlichen ±180°-Drehbewegung in der Z-Achse und einem von 0° auf 7° verstellbaren Lötwinkel ermöglichen auch komplizierte selektive Lötaufgaben in dicht bestückter Baugruppenumgebung. Der automatische Greifer ist für Baugruppenformate von 410 x 410 mm ausgelegt. Der konstruktive Aufbau der Lötanlage gestattet ein variables Gestalten des Arbeitsplatzes. So ist die Einbindung in Fertigungslinien (inline: links – rechts) ebenso möglich wie der Batchbetrieb (Be- und Entladen auf einer Seite). Ein herausgeführter Beladetisch kann das manuelle Handling vereinfachen.
Fluxen
Der Flussmitteltransfer auf die Baugruppe erfolgt mit einem Microdrop-Fluxer. Beim selektiven Löten steht nur ein kleiner Teil des Boards in Kontakt mit dem flüssigen Lot. Daher muss die Flussmittelapplikation lokal genau und mengendosiert erfolgen. Die Programmierung erlaubt das Befluxen von einzelnen Punkten und ganzen Bahnen, wobei sowohl Fluxmenge als auch Fluxzeit einstellbar sind. Mit einer Kamera kann der Fluxstrahl überwacht werden.
Vorheizen
In der Fertigungspraxis existieren unterschiedliche Philosophien zum Nutzen einer Vorheizung beim selektiven Löten. In einigen Fertigungsstätten werden die Boards generell vorgeheizt, um den thermischen Stress für das Board zu verringern, das Flussmittel zu aktivieren, die Lösemittel abzudampfen und im Ergebnis den Lotdurchstieg zu befördern. Andere Fertigungsstätten verzichten auf eine separate Vorheizung. Da das selektive Löten ein sequenzieller Prozess ist, kühlen die einzelnen Lötstellen nach dem Vorheizen bis zum Löten unterschiedlich aus und das Vorheizen wird teilweise erkennbar. Die Lötanlage bietet optionale Nutzung einer effektiven IR-Vorheizung. Mittels eines speziellen Temperatursensors kann die Funktionalität der Vorheizung überwacht werden.
Löten
In der Basisversion ist die RISE mit einem Lottiegel für bleifreie Lote ausgerüstet. Zusätzliche Ausstattungsmerkmale wie ein automatischer Lotdrahtvorschub und eine Lotwellenüberwachung sorgen für reproduzierbare Prozessparameter. Eine Kamera ermöglicht zusätzlich die Visualisierung des Lötprozesses.
Für die bessere Zugänglichkeit im Wartungsfall kann der Tiegel auf einem herausziehbarem Tischträger montiert werden. Optional kann die Anlage mit zwei Lottiegeln ausgestattet werden. Mit dieser Twin-Version (Bild 2) ergeben sich verschiedene Alternativen für den Fertigungseinsatz: 1. Die Lottiegel können mit unterschiedlichen Lotdüsen ausgerüstet werden. Dadurch wird es möglich, verschiedene THDs mit den jeweils optimalen Lotdüsengeometrien zu löten.
- 2. Die Lottiegel können mit zwei verschiedenen Loten (z. B. SnPb63, SnAg3,0Cu0,7) befüllt werden. In vielen Fertigungsstätten ist die parallele Verwendung von bleifreiem und bleihaltigem Lot Alltag. Mit der RISE twin wird nur eine Selektivlötanlage benötigt, um beide Lote verarbeiten zu können.
- 3. In der dritten Variante wird ein Tiegel für das selektive Löten verwendet, während der andere Tiegel für das Auslöten von SMD ausgestattet ist.
Auslöten
Mit Hilfe des patentierten Reparaturlötkopfes (DE 10 2004 003 521) ist es mit der Lötanlage möglich, SMDs, wie beispielsweise BGAs, CSPs, QFPs, sehr zeiteffizient auszulöten. Beim Auslötvorgang verweilt das jeweilige Bauelement kopfüber auf dem mit Lot durchströmten Reparaturlötkopf (Bild 3) und wird mittels einer Vakuumpipette von der Baugruppe entfernt. Die ausgelöteten Bauelemente werden von dem Reparaturlötkopf abgeblasen und in einem Behälter gesammelt.
Wie auf Bild 4 zu sehen ist, haben Messungen bestätigt, dass dieses Verfahren SMD-ICs zweimal schneller als herkömmliche, mit Luft oder Strahlung arbeitenden, Verfahren auslöten kann. Dies minimiert den thermischen Stress und erhöht die Zuverlässigkeit der reparierten Baugruppe wesentlich.
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