Der Hamburger Lötzirkel hat sich einmal mehr zu einer spannenden Nachmittagsveranstaltung getroffen. Herr Marco Mußmann von Dräger begrüßte mehr als 40 interessierte Teilnehmer im Fraunhofer ISIT, Itzehoe. Diese haben interessanten Vorträgen zu aktuellen Themen gelauscht und im Anschluss daran die Gelegenheit wahrgenommen, an einer Gerätedemo und ISIT-Laborführung teilzunehmen.
Helge Schimanski, Leiter des ISIT-Applikationszentrums für innovative Baugruppenfertigung, hat Ergebnisse eines AiF-Projekts zur Zuverlässigkeit von reparierten elektronischen Baugruppen vorgestellt.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die systematische Untersuchung des Risikopotenzials auf elektrochemische Migration im Reparaturfall elektronischer Baugruppen unter Berücksichtigung des Einsatzes von Lötwerkstoffen mit unterschiedlichen chemischen Flussmittelzusammensetzungen durchgeführt. Mittels SIR-Testanalyse wurde nachgewiesen, dass im Reparaturfall elektronischer Baugruppen ein Risikopotenzial auf elektrochemische Migration (ECM) besteht. Durch fertigungsrelevante Prozessvariationen wurden potenziell kritische Materialkombinationen und Lötprozessparameter ermittelt, die zu Ausfällen durch Dendritenbildung führen können.
Effektiv zum Schutz vor ECM ist der Einsatz von deutlich reduzierten Flussmittelmengen und Einschränkung des Auftrags auf die Bereiche, die der Prozesstemperatur ausgesetzt werden. Eine qualifizierte Lötprofiloptimierung, die richtige Material- und Prozesswahl sowie das Einhalten der vom Materiallieferanten vorgegebenen Prozesstemperaturen und -zeiten ermöglicht ein akzeptables Lötergebnis bei gleichzeitigem Verbrauch (bzw. Deaktivierung) aktiver Flussmittelbestandteile. Dadurch kann bei Folge- und/oder Nacharbeitslötprozessen die Grundlage für die Herstellung zuverlässiger Elektronik mit minimiertem Risikopotential auf elektrochemische Migration geschaffen werden.
Reworkprozess mit Voidreduzierung
Im Anschluss präsentierte Jörg Nolte, Produktmanager für Lötwerkzeuge, Rework- und Inspektionssysteme bei der Ersa GmbH, unter dem Titel „Voidreduzierung im BTC Rework“ die von Ersa entwickelte Technologie zur Voidreduzierung durch Schwingungsanregung.
Die beim Lötprozess entstehenden Gaseinschlüsse (Voids) stellen vor allem bei MLF Komponenten ein Problem dar, weil u.a. die Wärmeabfuhr und Stromtragfähigkeit über das „thermal pad“ deutlich reduziert sein kann. Frühausfälle der Baugruppe sind eine häufige Folge. Ebenfalls kann es zu einer Beeinträchtigung der Signalübertragung bei Hochfrequenzanwendungen kommen.
Die Suche nach der „richtigen“ Lotpaste, Optimierung des Lotpastenauftrags sowie geeignete Temperaturprofilierung im Reflowprozess hat bisher nur eingeschränkt zu einer Porenreduzierung geführt. Mithilfe der Voidless Technologie wird die Leiterplatte einer sinusförmigen Schwingungsanregung, die ein Frequenzband durchläuft, ausgesetzt. Dies kann bei der Erstlötung im Linienprozess oder beim Nachlöten (second reflow) erfolgen. Eingeschlossene Voids werden hierdurch aus der flüssigen Lötstelle nach außen getrieben wodurch eine deutliche Voidminimierung erreicht wird.
Ein Beispiel für die gute Kooperation zwischen Industrieunternehmen und den Fraunhofer Instituten ist die Zusammenarbeit zwischen der Ersa GmbH und dem Würzburger Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, das an der Entwicklung der Voidless Technologie beteiligt war. Das ISIT wiederum als ein führender Know-how Träger begleitet die Ersa Rework Technologie seit Jahren und gibt immer wieder wichtige Impulse für den Rework Prozess.
In die Praxis umgesetzt
Nach einer Pause, die zu angeregten Diskussionen und Erfahrungsaustauch der Teilnehmer genutzt wurde, startete der praktische Teil. Zum einen wurde der Voidlessprozess an einem „HR 600/2 Voidless“ Ersa Rework System vorgestellt und praktisch demonstriert. Die mit und ohne Voidless Funktion gelöteten Baugruppenmuster wurden direkt im Anschluss an einem Röntgensystem des ISIT vergleichend untersucht.
Herr Kalkhorst demonstrierte des Weiteren die Möglichkeiten der Qualitätskontrolle mittels zerstörungsfreier Prüftechnik wie 2D-Röntgeninspektion, Röntgen-Tomographie zur dreidimensionalen Darstellung sowie Laserscan- und Ultraschallmikroskopie.
Frau Katja Reiter erläuterte die Untersuchungsmöglichkeiten des ISIT anhand der zerstörenden Prüftechnik im ISIT-Metallographielabor. Im Fehlerfall bietet die metallographische Untersuchung Möglichkeiten durch gezielte Querschliffpräparation weitere Informationen über das Schadensbild und die Ausfallursache zu erfahren.
Der Hamburger Lötzirkel trifft sich das nächste Mal am 04. Oktober 2016 in Tönning.
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