Bei der Entwicklung von elektronischen Baugruppen fallen eine Reihe von löttechnischen Aufgaben an, bei denen zugleich hohe Flexibilität und Genauigkeit gefragt sind: Prototypen-Boards müssen bestückt und gelötet werden, oftmals sind Bauteile auszutauschen, nach ausführlichen Tests hinsichtlich Lebensdauer oder Funktion müssen Veränderungen an der Schaltung vorgenommen werden. Mit Blick auf die heute vielfältigen Bauteilarten und Lötverbindungen ist es daher notwendig, stets die passenden Werkzeuge griffbereit zu haben. Denn getreu dem ewig währenden Motto „time is money“ müssen Entwicklungsphasen eingehalten und Produkte rasch in den Markt gebracht werden. Die Entwicklungsabteilungen vieler namhafter Hersteller nutzen bereits Ersa Rework Systeme zur Herstellung von Prototypen. Hierbei werden neue Gehäuseformen oder Bauteile erstmals bestückt und gelötet. Noch häufiger werden erste Baugruppen mit neu programmierten oder veränderten Bauteilen versehen. Auch die etwas exotischeren Bereiche der Analytik oder technischen Forensik bedienen sich häufig der Rework-Technik: Kreuztausche bei der Fehlersuche sind ebenso an der Tagesordnung wie das Auslöten von Speicherbausteinen aus schadhaften Mobiltelefonen oder Notebooks zur Analyse der gespeicherten Daten.
Sensible Musterplatine
Muster oder „Golden Samples“ sind die mit Argusaugen gehüteten Heiligtümer der Entwicklung. Entsprechend sorgsam sollte der Umgang mit den empfindlichen Baugruppen sein. Im Musterbau müssen viele Arbeitsschritte, die in einer Produktionslinie hochautomatisiert ablaufen, von Hand oder mit Hilfe von Werkzeugen und teilautomatischen Geräten ausgeführt werden. In der Regel steht am Anfang die Leiterplatte. Es gibt Anbieter, die preiswerte Musterplatinen für Standard-Elektroniken innerhalb weniger Tage liefern. Für spezielle Anforderungen bieten unter anderem Hersteller wie die LPKF Laser & Electronics AG passende Ausrüstung an, um in eigenen Labors Leiterplatten zu strukturieren.
In jedem Fall kann bereits die Musterplatine andere Eigenschaften im Aufbau aufweisen als das spätere Endprodukt. Mustersubstrate können zum Beispiel nicht so temperaturstabil sein oder eine empfindliche Beschichtung tragen. Entsprechend sind auch die Folgeprozesse der Bestückung und des Lötens mit großer Umsicht auszuführen.
In der Regel durchläuft die Musterplatine eine Reihe von Prozessen (bis hin zur Reinigung), die von der späteren Herstellung in der Serie abweichen. Es kann zu Mischbestückung von Hand und Maschine, Mischlöten aus Reflow und manuell sowie mit Rework-Systemen kommen. Dabei ist von den beteiligten Personen höchste Expertise und Präzision gefordert. Umsichtige Entwickler sehen bei Prototypen gegebenenfalls Sockel für Prozessoren vor. Damit verbunden sind individuelle Bestück- und Lötprozesse, die später in der Serie so nicht mehr stattfinden. Oft kommt es an den ersten Baugruppen zu Anpassungen, die vielfach weitere Lötprozesse nach sich ziehen. Auch deshalb sollten alle Lötvorgänge so schonend wie möglich erfolgen, um eine Schädigung von Bauteilen oder Substraten zu vermeiden.
BTC und Prototyping
Das Unternehmen unterstützt seine Kunden heute mehr denn je auch bei den Prozessen zur Herstellung von Prototypen oder Funktionsmustern. Vor allem im Bereich „Bottom Terminated Components“ (BTC) konnten sich die Rework Systeme des Unternehmens als ideale Helfer in den Entwicklungsabteilungen etablieren. Das Einlöten scheinbar einfacher Bauformen wie MLF (Micro Lead Frame) oder QFN (Quad Flat No Lead) kann schnell zu einer großen Hürde bei der Fertigstellung von Musterbaugruppen werden. Bei diesen Bauteilen muss die richtige Menge an Lotpaste aufgetragen werden – dies ist ebenso essenziell für ein gutes Lötergebnis wie die gleichmäßige Erwärmung der Lötstellen.
In der Praxis hat es sich bewährt, sowohl bei der Musterbestückung als auch bei der Reparatur das Bauteil mit Hilfe einer exakt dimensionierten Schablone mit Lotpaste zu bedrucken und anschließend zu platzieren und einzulöten. Beim Bedrucken der Komponenten leistet die Dip&Print Station des Unternehmens gute Dienste: Das Bauteil wird in einer Tasche in der Schablone präzise fixiert, unterseitig mit Lotpaste bedruckt und dann aus der Schablone ausgehoben. Im Anschluss wird das bedruckte Bauteil weiterverarbeitet.
Bei den Rework Systemen HR 550 und HR 500 wird das Bauteil mit Hilfe einer Strahlteiler-Optik zu den Landeflächen auf der Platine ausgerichtet und anschließend motorisch abgesetzt. Dabei sind Bauteilgrößen von bis zu 50 x 50 mm (HR 500) bzw. 70 x 70 mm (HR 550) möglich. Dank einer zusätzlichen Teleoptik können mit dem HR 550 sogar kleinste Chips bis zur Bauform 01005 platziert werden. Dabei steht „01“ für die Länge und „005“ für die Breite des Bauteils in der Einheit Zoll/100. Die Stärke der beiden Systeme kommt voll zur Geltung, wenn es darum geht, Bauteile mit hoher Anschlusszahl und feinem Anschlussraster präzise zu platzieren.
Besonders für BGA (Ball Grid Arrays) und QFP (Quad Flat Packs) sind sie unverzichtbar. Für den seriennahen Einlötvorgang wird die Baugruppe gemäß dem ausgewählten Lötprofil von unten vorgeheizt und das Bauteil mit einem sensorgeführten Lötprozess eingelötet. Alle Lötstellen erhalten die gleiche Wärmemenge und die Baugruppe erfährt nur die Temperatur, die zum sicheren Löten nötig ist. Kunden, die bereits beim Prototypenbau auf automatisierte Bestück- und Lötprozesse zurückgreifen möchten, können mit dem HR 600/3P des Unternehmens zuverlässig SMD-Bauteile bis hinunter zu 01005 bearbeiten.
Komplette Baugruppen löten
Mit ihrer Hybrid-Heiztechnik eignen sich die Rework Systeme des Unternehmens sogar dazu, mehrere Bauteile in einem Prozess zu löten. Bei kleinen Baugruppen, etwa im Bereich der Sensorik, können sogar alle Lötstellen in einem Vorgang erzeugt werden – teilweise über mehrere Platinen im Nutzen, solange die maximale Prozessfläche von 70 x 70 mm eingehalten wird. Sehr homogene Infrarot-Untenheizungen der Systeme des Unternehmens sorgen dafür, dass die Platinen gleichmäßig vorgeheizt werden. Die Hybrid-Heizköpfe zeichnen sich ebenfalls durch eine sehr ausgeglichene Wärmeübertragung aus. Sie benötigen im Lötprozess keine bauteilspezifischen Düsen. Bei geeigneten Profileinstellungen können also viele Bauteile bis hin zur vollständig bestückten Karte gelötet werden. Die Regelung der Temperatur mittels Thermoelement auf der Platinen-Oberseite ermöglicht einen kontrollierten und sicheren Prozess bereits beim ersten Versuch. Es zeigt sich in der Praxis, dass die Lötstellen qualitativ mit dem Serienstand vergleichbar sind.
Das offene Systemdesign der Hybrid-Rework-Systeme gewährt zusätzliche Prozesskontrolle mit Hilfe einer Reflow-Prozesskamera. Diese liefert hochauflösende Bilder während der Lotschmelze. Somit kann die thermische Belastung auf das notwendige Minimum reduziert werden.
Mehr Systeme für Musterbaugruppen
Im Produktportfolio der Ersa GmbH gibt es weitere Geräte, mit denen sich Musterbaugruppen ideal bearbeiten lassen: Für schonende Handlötarbeiten stellt die i-CON Vario 4 vier gleichzeitig nutzbare Lötwerkzeuge sowie optional eine Vorheizplatte bereit – Kontaktlöten mit dem i-TOOL, oder dem 250-W-Kraftpaket i-TOOL HP, Heißluftlöten mit dem i-TOOL AIR S, THT-Entlöten mit dem X-TOOL VARIO und die SMD-Entlötpinzette CHIP TOOL. Für reine Lötarbeiten an Bauteilen bis zu 20 x 20 mm Kantenlänge ist die Rework-Station HR 100 eine gute Wahl. Für Bauteile bis 30 x 30 mm eignet sich das HR 200 Rework-System.
Prototypen-Erstellung mit Ersa Systemen
- Erfolgreiche Bearbeitung ab der ersten Baugruppe
- Einfache und sichere Bauteilplatzierung bei BTC
- Bauteile bis 01005 bearbeitbar
- Sichere, geregelte Lötprozesse
- Baugruppenreparatur jederzeit möglich
- Einfache Bedienung durch Benutzerführung und einheitliche Software HRSoft 2
kurz & bündig
Eine fachgerechte und schonende Reparatur oder Prototypenherstellung hochwertiger Baugruppen kann durchaus lohnenswert sein. Hybrid Rework Systeme bieten High Performance Rework durch kamera- und softwareunterstützter Bauteilplatzierung, hochgenauer Mechanik sowie einer anwenderfreundlichen Bediensoftware.
Der Autor: Jörg Nolte, Ersa GmbH, Produktmanager Tools,
Rework & Inspektion bei Ersa.
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