Freude statt Frust

Bild 1: Aufbau der Lötkartusche: Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, optimieren die Hersteller von Lötsystemen kontinuierlich ihre Geräte, wie etwa die Materialien bei Lötspitzen, um eine akzeptable Lebensdauer zu erhalten.Aston

Aufgrund der zunehmend komplexeren Packungsdichten und der gleichzeitigen Miniaturisierung der Bauteile, steigt der Gradient an Herausforderungen nicht nur bei der Produktion, sondern auch in der Reparatur und im Handlötbereich. Alleine die Umstellung auf bleifreie Lotlegierungen und den damit verbundenen thermischen Anforderungen hat den Herstellern vieles abverlangt. Es wurden nicht nur höhere Leistungen gefordert, sondern es bedurfte auch Änderung an Materialien wie etwa bei Lötspitzen, um eine akzeptable Lebensdauer zu erhalten (Bild1). Hinzu kommen die steigenden Anforderungen an Funktionalität bei begrenzt verfügbaren Räumen. Die Bauteilhersteller sind gezwungen kompaktere und kleinere Bauelemente zu entwickeln, welche nicht nur die Anforderung in der Produktion erhöhen, sondern auch Reparaturen zunehmend erschweren. Die Hersteller von Reparaturgeräten sind gefordert, ihre Systeme entsprechend weiterzuentwickeln, um auch zukünftige Aufgaben sicher und bezahlbar bewältigen zu können.

Bild 2: Der Temperaturfühler ist vollständig in das Heizelement nahe der eigentlichen Lötspitze integriert, und….Aston

Dreh- und Angelpunkt: Temperaturmanagement

Der Hersteller von Handlöt- und Reparatursystemen JBC hat die Herausforderungen erkannt und entwickelt stetig und erfolgreich neuartige Lösungen. Um den höchsten thermischen Anforderungen gerecht zu werden, wurde ein Heizelement mit einem mikroprozessorgesteuerten Thermofühler entwickelt, um eine sehr schnelle Temperaturrückgewinnung sicherzustellen. Der Temperaturfühler ist vollständig in das Heizelement nahe der eigentlichen Lötspitze integriert (Bild 2) und ermöglicht eine außergewöhnliche Aufheizzeit (Bild 3, JBC rote Kennlinie).

…. ermöglicht eine außergewöhnliche Aufheizzeit (JBC: rote Kennlinie, Bild 3).Aston

Um den Temperaturabfall während der Temperaturabgabe gering zu halten, bedarf es einer schnellen Temperaturrückgewinnung (Bild 4). Nur wenn der Temperaturabfall gering ist, entsteht eine sichere Lötverbindung. Um die Lebensdauer der Lötspitzen zu erhöhen, verfügen die Stationen über eine Stand-by-Funktion. Sobald die Handwerkzeuge abgelegt werden, reduziert sich die Temperatur auf eine frei programmierbare Temperatur. Empfohlen wird, die Stand-by-Temperatur unterhalb des Lotschmelzpunktes zu halten. Für die Lebensdauer ergibt sich dadurch eine bis zu fünffache längere Standzeit (Bild 5).

Bild 4: Um den Temperaturabfall während der Temperaturabgabe gering zu halten, bedarf es einer schnellen Temperaturrückgewinnung.Aston

Komfortable Bedienung

Mit seinem umfangreichen Portfolio an Handwerkzeugen will JBC die Ein- und Auslötaufgaben erleichtern, sodass sie sich komfortabel und zuverlässig durchführen lassen (Bild 6). Für feinste Lötarbeiten an sehr kleinen Bauteilen wie 0201 oder 0402 sind beispielsweise so genannte Nano-Werkzeuge geeignet: Lötspitzen ab einem Durchmesser von 0,1 mm stehen hier zur Verfügung (Bild 7). Nahezu alle Stationen sind mit einem neuartigen Touch-Screen-Farbbildschirm (Bild 8) ausgerüstet. Der 2,8 Zoll große Flachbildschirm erhöht die Bedienfreundlichkeit, da sich die einzelnen Funktionen schnell und einfach abrufen lassen. Der Hauptbildschirm zeigt auf einen Blick verschiedene Informationen wie Werkzeugtyp, Betriebstemperatur der Lötspitze und die benötigte Leistung. Je mehr Energie abgeführt wird, je besser ist die Wärmeübertragung. Für den Anwender ist es somit leicht ersichtlich mit welcher Energieeffizienz gelötet wird. Die Auswahl der optimalen Lötspitze wird dadurch erheblich erleichtert.

Bild 5: Empfohlen wird, die Stand-by-Temperatur unterhalb des Lotschmelzpunktes zu halten, wodurch sich für die Lebensdauer eine bis zu fünffache längere Standzeit ergibt.Aston

Komplexer werden Reparaturarbeiten an Leadless- oder BGA-Packages-Bauteilen. Lötsysteme mit Kontaktwärme scheiden hier gänzlich aus. Alternativen bieten hier Reparatursysteme mit Heißluft oder Infrarot. Das Preisspektrum an Geräten ist sehr groß. Geräte mit prozesssicherer Temperaturregelung und programmierbaren Stufenprofilen sind bereits ab 4000 Euro erhältlich. Allerdings enthalten diese Systeme kein Kamerasystem zum genauen Platzieren der Bauteile. Die Bauteile müssen per Hand oder über Hilfsmittel positioniert werden. Dies ist bei großen Pitchabständen noch machbar. Bei CSP-Bauteilen mit einem Pitch von 0,4 mm oder 0,3 mm ist ein Kamerasystem mit exakter Positioniergenauigkeit unabdingbar. Die Preisklasse von Reparatursystemen mit Kameras beginnen in der Regel bei etwa 20.000 Euro und enden im sechsstelligen Bereich. So bietet Pace einige Heißluft- und Infrarotlötsysteme in unterschiedlichen Preiskategorien an (Bild 9). Als Kamerasystem kommt ein Präzisionsprisma mit hochauflösender CCD-Kamera und einer bis zu 74-fachen Vergrößerung zum Einsatz. Selbst Bauteile mit sehr geringen Pitchabständen lassen sich damit schnell und sicher positionieren. Im Vergleich zu Spiegeloptiken ist außerdem eine Kalibrierung nahezu unnötig. Ob Heißluft oder Infrarot besser geeignet ist, hängt von den Anforderungen der Baugruppe und des Anwenders ab.

Bedrahtete Bauteile

Trotz der fortschreitenden Entwicklungen in der Baugruppenfertigung sind konventionelle Bauteile (THT) nicht wegzudenken. Insbesondere wo hohe Kräfte wirksam sind und hohe Ströme fließen, werden auch weiterhin bedrahtete Komponenten zum Einsatz kommen. Für die Reparatur werden hier zumeist konventionelle Entlöter eingesetzt. Aber auch hier gibt es reichlich Unterschiede in Leistung, Ergonomie, Wartung und der Saugwirkung. Der Entlöter SX100 von Pace (Bild 10) überzeugt durch seine Handhabung, die sehr gute Wärmeübertragung und den sehr schnellen Vakuumanstieg innerhalb 0,2 s. Die Wartung wie etwa das Entleeren der Lotsammelbehälter lässt sich mit wenigen Handgriffen durchführen.

Bei hochpoligen Steckerleisten können konventionelle Entlöter jedoch sehr mühsam sein, insbesondere wenn es sich um größere Stückzahlen handelt. Hier können selektive Reparatursysteme zum Einsatz kommen. Mittels einer Pumpe wird das Lot durch eine Lötdüse befördert und kontaktiert die kompletten Anschlusspins (Bild 11). Dadurch ist es möglich, eine Steckerleiste innerhalb weniger Sekunden schonend auszulöten. Neben der Prozesssicherheit sollte die Selektivwelle möglichst einfach zu bedienen sein und der Verschleiß an Teilen sollte neben dem Wartungsaufwand gering ausfallen. Das wichtigste Kriterium der meisten Anwender ist jedoch der Anschaffungspreis. Die Stückzahlen bei Reparaturen halten sich zumeist in Grenzen und die Wirtschaftlichkeit ist bei kostenintensiven Geräten nicht gegeben. Das selektive Reparatursystem Aston DWR erfüllt die Anforderungen an Effizienz und Prozesssicherheit (Bild 12). Über einen Timer kann der Anwender exakte Kontaktzeiten programmieren. Die optimale Höheneinstellung der Düse ist schnell und einfach über ein Stellrad erreichbar. Zudem ist ein Düsenwechsel innerhalb Sekunden möglich.

Einfluss von Lotmaterialien und Flussmittel

Neben den Reparatursystemen sind auch die dazugehörigen Lotmaterialien und Flussmittel auschlaggebend, um erfolgreich Reparaturprozesse durchzuführen. Die Auswahl ist enorm, die richtige Wahl jedoch nicht immer leicht zu treffen. Im Reparaturprozess sind zumeist andere Anforderungen an die Lötchemie gefordert als bei der Baugruppenfertigung. Flussmittel sollten etwas aktiver sein und dennoch absolute Sicherheit aufweisen. Mögliche Risiken für Korrosion und Elektromigration müssen ausgeschlossen werden. Die Anforderung klingt widersprüchlich und ist dennoch umsetzbar. So bietet Interflux etwa Reparaturflussmittel an, die absolut halogenfrei sind und dennoch eine ausreichende Aktivität für den Reparaturprozess aufweisen. Hier steht eine Auswahl an verschiedenen Flussmitteltypen mit unterschiedlichen Viskositäten zur Verfügung. Die flüssigen oder gelhaltigen Flussmittel wie das IF8300 gibt es zum Drucken, Dosieren oder zum Auftragen mittels einer Bürste (Bild 13). Für feinste Lötarbeiten gibt es sogar Röhrenlote mit absolut halogenfreien Flussmitteln ab einem Durchmesser von 0,2 mm. Die Rückstände nach dem Löten sind gering und kaum sichtbar. Eine große Auswahl an Lötdrahten sind von Multicore und Interflux erhältlich. Für die Reparatur von BGAs und Gull-Wing-Bauteilen wurden auch spezielle Lotpasten entwickelt. Der Auftrag wird durch das Eintauchen der Bauteile mittels Dippen erzielt. Dadurch wird ein gleichmäßiger und selektiver Auftrag erzielt. Die Auftragsmenge ist im Vergleich zum Drucken geringer. Es lassen sich dadurch Fehler wie Brückenbildungen zwischen den Anschlüssen vorbeugen. Die Lotpaste ist in Kartuschen mit der Korngröße Typ 5 erhältlich (Bild 14).

(mrc)