Können teilautomatisierte Prozesse reproduzierbar sichere Qualität liefern?

Beim Thema Rework & Repair scheiden sich die Geister. Einerseits gibt es die Fraktion, die hartnäckig pauschalierte Nacharbeitsverbote elektronischer Baugruppen für industrielle Anwendungen forciert. Andererseits hat sich eine eigen Branche etabliert, die Rework & Repair als Dienstleistung anbietet. Können also teilautomatisierte Systeme und Prozesse reproduzierbar sichere Qualität liefern? Die von Productronic organisierte Podiumsdiskussion während der productronica 2017 ging gemeinsam mit Experten auf die Frage ein.

Rework & Repair hat sich als Sammelbegriff für jegliche Art der Nachbearbeitung elektronischer Baugruppen entwickelt. Und genau da gehen die Akzeptanzprobleme los. „Im allgemeinen Sprachgebrauch werden die Begriffe Rework und Repair beziehungsweise Nacharbeit und Reparatur oftmals in ihrer Bedeutung gleichgesetzt“, nimmt Helge Schimanski Anlauf. Der Leiter des Applikationszentrums für innovative Baugruppenfertigung und des Rework-Centers am Fraunhofer ISIT führt weiter aus: „Gesagt wird Repair und gemeint ist schließlich Rework. Im Verständnis der Bearbeitung elektronischer Baugruppen muss hier jedoch in der Begriffsdefinition genau unterschieden werden zwischen Nacharbeit – also Rework – und Reparatur, sprich: Repair. Zudem gibt es noch den nicht unerheblichen Bereich der Modifikation oder auch Modification.“

Was sich hinter diesen Begrifflichkeiten im Detail verbirgt, wissen die Elektronikfertigungs-Dienstleister ganz genau. Sowohl BMK Group als auch Kraus Hardware bieten seit Jahren schon Rework & Repair als Dienstleistung an. Lukas Fink, Leiter Projektmanagement von BMK Group, erläutert die Unterschiede: „Rework ist eine Nachbearbeitung, bei der der Artikel nachher zu 100 Prozent mit der Spezifikation beziehungsweise Zeichnung übereinstimmt. Der Artikel bleibt durch die Nacharbeit gleichwertig. Bei der Modifikation hingegen wird die Funktionsfähigkeit des Artikels überarbeitet. Hier reagiert man auf neue Abnahmekriterien, die eine Anpassung der Spezifikation nach sich ziehen. Die Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit steht bei der Reparatur im Vordergrund. Diese Artikel sind meist bereits verkauft und an den Kunden ausgeliefert. Der Artikel wird auf Fehlerquellen analysiert und dann repariert.“ Bei BMK nehme man an gut 480.000 Baugruppen von externen Kunden jährlich das Rework von SMT- und THT-Komponenten oder auch den Baugruppen-Umbau mit Handlötsystemen vor, argumentiert Lukas Fink weiter.

Die detaillierte Dokumentation der Test- und Rework & Repair-Prozesse ermöglicht BMK eine hochentwickelte Traceability. Zudem sorgt das Änderungsmanagement dafür, schnell, sicher und reproduzierbar agieren zu können. BMK

Andreas Kraus, Inhaber und Geschäftsführer von Kraus Hardware, weiß um die Nöte seiner Kunden: „Probleme bei der Baugruppenfertigung treten durchaus auf, sei es beim Lotpastenauftrag, Bestücken oder Löten. Nicht selten werden die Probleme aber von außen in die Fertigung getragen. Das können beispielsweise Designfehler sein oder auch schlecht lötbare Oberflächen“, erklärt er. Für ihn steht außer Frage, dass „die klassischen Probleme, die man als erstes mit dem Thema Rework in Verbindung bringt, eher selten sind. Die Unwägbarkeiten werden so gut wie möglich beim Elektronikfertiger aus dem Weg geräumt.“

Für das Rework von Baugruppen stehen bei Kraus Hardware zwei Onyx 29 von Zevac zur Verfügung. Sowohl große, massehaltige als auch kleinere komplexe Baugruppen werden in einem stets reproduzierbaren halbautomatischen Prozess repariert. Kraus Hardware

Warum sich Rework & Repair lohnt

Die Gründe für die Überarbeitung einer elektronischen Baugruppe können vielfältig sein, weshalb Dan Lilie, Product Manager und Application Engineer von Finetech, anmerkt: „Nachbearbeitungen von Baugruppen können mehrere Ursachen haben und sind so individuell wie die Menschen selbst, die sie bearbeiten. Meistens können aber die Fehler auf menschliches Versagen zurückgeführt werden. Bei sehr kleinen Bauteilen und ungenauen Bestückautomaten kann aber auch die Maschine selbst leicht zur Fehlerquelle werden. In der Forschung und Entwicklung sind es aber häufig neue Revisionen von Baugruppen, die getestet werden müssen. Auch hier werden häufig Reworkmaschinen eingesetzt.“

Einen weiteren Grund für den Einsatz von Reworksystemen liefert Lukas Fink von BMK: „Gegenüber einer Neuproduktion hat die Nacharbeit zwei entscheidende Vorteile. Sie ist meist kostengünstiger und schneller. Außerdem sind für eine Neuproduktion nicht immer alle benötigten Bauteile verfügbar. Es ist wirtschaftlicher, die Einzelkomponente aus dem Komplettsystem nachzuarbeiten als das Komplettsystem auszutauschen. In bestimmten Fällen können die Nacharbeitskosten den Wert der Baugruppe übersteigen, werden aber dann schnell wieder relativiert, wenn Vertragsstrafen aufgrund Nichtlieferung oder gar ein Kunden- und Imageverlust im Raum stehen.“

Zunehmend attraktiv werden Reworksysteme wenn es beispielsweise um die Nachbestückung von Bauteilen geht, etwa wenn im Musterbau ein Bauteil übersehen wird oder die Entwicklungsabteilung unter Termindruck nachträglich nachbessern muss. Während die Baugruppen wie gehabt bestückt werden, werden jene fehlenden Bauteile mittels Rework nachgesetzt. Vermehrt kommen Reworksysteme auch als Lötmaschinen für selektive Heißgaslötprozesse zum Einsatz, um sensible Bereiche der Baugruppe thermisch nicht zu sehr zu belasten.

Auch wenn Brokerware im Spiel ist (also oftmals nicht einwandfreie Restware oder abgekündigte Komponenten von zumeist nicht-autorisierten Distributoren), wird auf Reworksysteme zurückgegriffen, weiß Andreas Kraus von Kraus Hardware zu berichten: „Bauteile, die aus einer nicht lückenlos nachvollziehbaren Quelle kommen, werden einem Funktionstest auf einer „gut“ Baugruppe unterzogen, um sie im Anschluss zuverlässig in großen Mengen verbauen zu können.“ Ein weiterer Aspekt sind Halbleiter, insbesondere Speicher-ICs, die einem kontinuierlichen Shrinkprozess unterliegen. „Um die Funktion der Baugruppe auch nach der Umstellung sicherzustellen, tauschen wir häufig auf funktionsfähigen Baugruppen den Standard-Chip gegen den Nachfolgetyp aus. Anschließend werden die Baugruppen einem umfangreichen Test unterzogen. Teilweise wird ein Interposer zwischen Baugruppe und Chip gesetzt, um die Messungen durchführen zu können“, erläutert er weiter. Ähnlich werde verfahren, wenn ein alternativer Chip auf einer Baugruppe zu testen sei – etwa, wenn ein Dual-Core-Prozessor durch einen Quad-Core-Prozessor getauscht werden soll. In diesem Fall ist von einer Modifikation der Baugruppe die Rede.

Automotive-taugliches Rework?

Vor allem geht es auch darum, dass „Rework heute beherrschbar ist“, stellt Jörg Nolte, Produktmanager Lötwerkzeuge, Rework- und Inspektionssysteme von Ersa, klar und merkt weiter an: „Es hilft Budgets und Umwelt zu schonen. In sensitiven Bereichen wie etwa dem Automotivebereich lässt sich Rework aber nur einsetzen, wenn die Rahmenbedingungen stimmen, sprich: one piece flow mit voller Traceability.“

Komplexe Reworkaufgabe mit einem LGA-775-Prozessorsockel: Hybrid-Reworksysteme eignen sich sehr gut zum Löten von Proessoren, weil sie keine bauteilspezifischen Düsen benötigen. Ersa

Das will Svend Vieweg, Teamleader Engineering Support der BU Advanced Driver Assistance Systems von Continental Division Chassis & Safety, nicht so ohne Weiteres bestätigen: „Aus Sicht der Automobilzulieferer wäre eine Nutzung von Rework & Repair sicherlich gewinnbringend einsetzbar. Allerdings wird dafür jeweils eine Qualifikation notwendig, um die Zuverlässigkeit des Verfahrens für den Alltagseinsatz zu gewährleisten.“ Bei geringen Stückzahlen sei es nötig, aufwändige Test- und Prüfverfahren durchzuführen, welches die erzielten Einsparungen aus dem Rework wieder egalisieren würde, ist er sich sicher, denn: „Hinsichtlich der Komplexität heutiger Baugruppen und der Vielfältigkeit von möglichen Fehlerquellen können da gut und gerne Monate für Test und Qualifizierung aufgewendet werden.“

Für Andreas Kraus von Kraus Hardware stellen die besonderen Anforderungen der Automobilindustrie keine großen Herausforderungen dar – im Gegenteil. Oft kämen Ingenieure der Entwicklungs- und auch Qualitätsmanagement-Abteilung großer Automobilzulieferer zu ihm, da sie bei der Fehlersuche an einer Baugruppe nicht mehr weiterkämen. „Um den Fehler weiter einzukreisen wird ein Bauteil-Kreuztausch durchgeführt.“ Dabei wird das vermeintlich defekte Bauteil mit dem Bauteil auf einer intakten Baugruppe getauscht – also ein Kreuztausch vorgenommen. Wandert der Fehler mit, ist man dem Ziel einen Schritt nähergekommen, bleibt der Fehler an Ort und Stelle, geht die Suche weiter. Dass man sich dabei nicht beliebig Zeit lassen kann, ist klar: „Aus der Erfahrung kann ich sagen, da sitzt der Automobilhersteller dem Zulieferer schon ziemlich im Nacken und erwartet kurzfristig ein Ergebnis.“

Das Reballing von BGAs, QFNs und LGAs ist alles andere als trivial, verlangt es doch großes Fingerspitzengefühl, um die Bauteile weder thermisch noch mechanisch zu schädigen, berichtet Kraus Hardware. Kraus Hardware

In die gleiche Kerbe schlägt Lukas Fink von BMK: „Wir erhalten zahlreiche Beauftragungen aus dem Kreis der Tier-1- und Tier-2-Automobilzulieferer. Hier wird jedoch strengstens überwacht, an welchen Teilen eine Nacharbeit respektive ein Rework erlaubt ist“, verdeutlicht er und macht auf einen weiteren Aspekt aufmerksam: „Beim Rework lassen sich durchaus Erkenntnisse zur Weiterentwicklung des Produktes gewinnen.“ Und nicht ohne Seitenhieb an Kraus Hardware merkt Lukas Fink noch an: „Wir bei BMK Services haben eine ausgezeichnete Yieldrate von größer 99 Prozent beim BGA-Tausch.“

Helge Schimanski vom Fraunhofer ISIT räumt zwar ein, dass die Forderung aus dem Automotivebereich nach einem zuverlässigen Reworkprozess, insbesondere für sicherheitsrelevante Produkte, verständlich sei. Der Ad-hoc-Arbeitskreis „Rework & Repair“ vom ZVEI, dessen Mitglied er ist, habe hier einen ersten Schritt dazu gemacht, erläutert er: „In dem ZVEI-Leitfaden wurde eine qualifizierte Reworkprozedur inklusive Lötprofil beschrieben. Bei einer Qualitätsprüfung nach Mehrfachlötstress von bis zu 12-maliger Reflow-Lötbelastung haben die untersuchten Probanden keine sichtbaren Schäden aufgewiesen.“ Der nächste Schritt sei eine Zuverlässigkeitsbetrachtung von nachgearbeiteten Produkten, erläutert er und unterstreicht: „Hierfür müssen jedoch die Anforderungen seitens der Automobilzulieferer beziehungsweise der Automobilisten definiert werden.“

Svend Vieweg von Continental zeigt zwar Verständnis, bleibt aber bei seinem Standpunkt: „Besonders mit Hinblick auf automatisierte Fahrszenarien muss hier noch Vorarbeit geleistet werden. Die Anforderungen an die Ausfallsicherheit und Lebensdauer der Baugruppen sind extrem hoch. Eine valide statistische Basis kann hier helfen, Entscheidungen hin zum Repair & Rework auch im Bereich der Automobilelektronik stärker einzusetzen. Denn während der Entwicklungsphasen ist dies bereits heute ein probates Mittel, um langwierige Entwicklungszeiten zu reduzieren.“

Zu den Teilnehmern gehörten Hersteller, Anwender, Elektronikfertigungs-Dienstleister und Forschung (v.l.n.r.): Holger Krumme von HTV Halbleiter-Test & Vertrieb, Dan Lilie von Finetech, Jörg Nolte von Ersa, Beat Schumacher von Zevac, Marisa Robles, Helge Schimanski vom Fraunhofer ISIT, Andreas Kraus von Kraus Hardware, Lukas Fink von BMK Group und Svend Vieweg von Continental. Messe München

Auch Holger Krumme, Managing-Director – Technical Operations von HTV Halbleiter Test & Vertrieb, meldet Bedenken an. Für ihn steht fest, dass Einzelstücke an BGAs aus Qualitätsgründen nicht repariert werden können. Dabei verweist er auf hauseigene Forschungsarbeiten zum Thema „Rework and Repair“, bei denen unterschiedliche, marktgängige Reworksysteme verglichen wurden: „Es konnte festgestellt werden, dass ein qualitativ hochwertiges Rework zwar grundsätzlich möglich, allerdings äußerst schwierig in der prozesssicheren Umsetzung ist, insbesondere bei hochpoligen BGAs mit Underfill. Leiterplatten wiesen nach dem Rework große Unterschiede in der Menge der applizierten Lotpaste oder auch dem Auftreten von Lunkern in der Lötstelle auf.“

Schonende und zuverlässige Baugruppen-Reparatur

Da hagelt es ergiebigen Protest, allen voran von Helge Schimanski vom Fraunhofer ISIT: „Mit jedem der im Arbeitskreis verwendeten Reworksysteme waren wir in der Lage, den Reworkprozess gemäß der Arbeitskreis-Lötprofilvorgabe an dem untersuchten Komponentenmix durchzuführen.“ Die eingesetzten Geräte der verschiedenen Hersteller unterscheiden sich in der Bedienung und dem Komfort (manuell oder (teil)automatisiert ablaufende Prozesse) und damit natürlich auch im Preis, aber: „Wir waren mit allen Systemen in der Lage, einen qualifizierten Reworkprozess durchzuführen.“ Zwar stelle Rework von komplexen Komponenten wie BGA, LGA, oder QFN eine Herausforderung an Equipment und Operator dar, räumt er weiter ein. „Jedoch ist diese mit geschultem Personal, geeigneten Operator-unterstützenden Reworksystemen und der richtigen Prozessführung sicher zu meistern. Natürlich gehört dazu auch die richtige Fertigungsumgebung; Sauberkeit am Arbeitsplatz, ESD-Schutz und das richtige auf den jeweiligen Reworkprozess abgestimmte Handling von Baugruppe beziehungsweise Leiterplatte und Komponenten.“

Der Reflow-Linienprozess als Vorbild: Die richtige, qualifizierte thermische Profilierung stellt eine Grundvoraussetzung für eine qualitativ hochwertige Reworkprozedur dar, weshalb der ZVEI-Arbeitskreis Rework & Repair in seinem Leitfaden einen Rework-Lötprofilvorschlag erarbeitet hat. ZVEI-AK Rework & Repair

Das ruft auch die Hersteller auf den Plan. Jörg Nolte von Ersa bekräftigt: „Ersa steht für Prozessevaluierungen bereit – auch für Automotive. Eine installierte Basis von tausenden Reworksystemen zeigt, dass die Prozesse heute zuverlässig beherrscht werden.“ Seiner Ansicht nach haben auf der Geräteseite die Hersteller viel getan, vor allem was die schonende Bearbeitung anbelangt. Hier gilt die Faustregel, dass jeder Prozess mit der nötigen Energiemenge gefahren werden sollte, aber nicht mehr. „Closed-Loop-Prozesse bieten hier die höchste Sicherheit und Reproduzierbarkeit. Es gibt kontrollierte thermische Prozesse, die einzelne Rework-Aufgaben sofort oder wiederholbar in Serie durchführen. Auch wurde die Automatisierung und Benutzerführung durch die Bediensoftware erheblich vorangetrieben und Prozesssteuerung verbessert.“ Zudem wurde bei den Ersa-Systemen die Heiztechnik weiter verbessert. So sorgen etwa Hybrid-Strahler für effizientere und homogene Erwärmung und die IR-Matrix-Strahler mit 25 einzeln ansteuerbaren Zonen minimieren gerade bei großen Baugruppen mit Abmaßen von bis zu 625 mm x 625 mm den Verzug. Bei allen technischen Optimierungen sieht Nolte noch einen weiteren Aspekt: „Alle Hersteller sind bemüht, ihren Kunden in der schnelllebigen Elektronikfertigung zu folgen. Das Stichwort hierbei ist IoT. Auch Rework-Prozesse lassen sich zwischenzeitlich im Produktions-Workflow einbinden, um Prozessdaten zu tracen.“ Wie so etwas aussehen kann, demonstrierte Ersa auf seinem Messestand während der Productronica 2017.

Das Hybrid-Reworksystem HR 600/2 von Ersa unterstützt den Anwender bei der erfolgreichen Reparatur. Standard Löt- und Entlötprofile erleichtern die passenden Temperatureinstellungen für jede Anwendung. Ersa

Auch bei Finetech dreht man kontinuierlich an der Optimierungsschraube, versichert Dan Lilie: „Wir arbeiten jeden Tag daran, dass sich unser Reworkequipment an die stetig neuen Anforderungen der Kunden anpasst. Für scheinbar unlösbare Aufgaben finden wir auch maßgeschneiderte Sonderlösungen. Das lohnt sich vor allem bei sehr hochwertigen Leiterplatten.“ Dabei spiele angepasstes Werkzeug eine entscheidende Rolle, betont er: „Man kann einfach nicht erwarten, ohne oder mit einem Standardwerkzeug alle Bauteile und Baugruppen in gleich hoher Qualität reparieren zu können. An dieser Stelle trennt sich das Standard-Rework-Equipment – etwa aus dem Versandhandel – vom professionellen Equipment, das auf Kundenbedürfnisse angepasst ist.“

Beat Schumacher, ist Produktmanager Rework und Automationvon Zevac, meldet sich ebenfalls zu Wort: „Die Erhöhung der Schmelzpunkte der bleifreien Lote haben dazu geführt, dass die Reparatur selektiver und präziser werden musste. Die Genauigkeit der Wärmeabgabe und der Positionierung wurde ein wesentliches Merkmal für neue Gerätegenerationen.“

Sind hochpolige SMT-Bauteile heute noch eine Herausforderung?

Zwar machen hochpolige SMT-Bauteile allein noch keine Probleme und lassen sich heute mit modernem Equipment relativ einfach bearbeiten. Jedoch steckt die Herausforderung im Detail und variiert von Leiterplatte zu Leiterplatte. Ursachen hierfür könnten bereits im Layout minimiert werden, wie etwa, dass empfindliche Komponenten nicht in der unmittelbaren Nachbarschaft zu hochpoligen SMT-Bauteilen platziert werden sollten oder auch das Handling besonderer Bauteil-Geometrien.

Mit dem für die diversen Testreihen konzipierten Testboard war es dem ZVEI-Arbeitskreis Rework & Repair möglich, Reworkprozesse an unterschiedlichen Komponenten mit verschiedenen Reworksystemen durchzuführen. ZVEI-AK Rework & Repair

Die Reduzierung thermischen Stresses für die Baugruppe hat das Ziel, in optimaler Zeit die optimale Temperatur zuzuführen. Dies gewährleistet eine schonende Bearbeitung. Unterstützung bieten auch die IPC- und JEDEC-Vorgaben genauso wie die Spezifikationen der Bauteile der Halbleiter- und Komponentenhersteller. Sicherlich sollten die Bauteile niemals die 260°C überschreiten, besser ist es, noch unter dieser Temperatur zu bleiben. Anderenfalls können die Schaltungsträger im Inneren der Komponente zerstört werden, sind sich die Experten einig. Allerdings: „Sicherzustellen, dass eine Komponente zuverlässig eingelötet ist und gleichzeitig keinen Schaden durch Überhitzung nimmt, ist ein schmaler Grad. Daher sollte sich der Wärmeprozess am Profil der Reflowöfen orientieren. Auch hier liefern angepasste Werkzeuge einen wertvollen Beitrag“, betont Dan Lilie von Finetech. Jedoch werden sich die Elektronikfertiger künftig vermehrt einer weiteren Herausforderung stellen, ist er sich sicher: „Ich denke, dass in der Zukunft die Herausforderung eher in der Miniaturisierung der Baugruppen zu finden ist. Hier wird speziell das Handling der Komponenten immer schwieriger. Wir haben bereits erfolgreich Kleinstbauteile bis runter zu 008004 Zoll – also Winzlinge mit den Abmaßen von 250 µm x 125 µm – repariert. Wir fühlen uns als Hersteller von Reworksystemen daher für die Zukunft gut aufgestellt.“

Für die Elektronikfertiger hält er für die Verarbeitung hochpoliger SMT-Bauteile einen Rat parat: „Um Spannungen zu vermeiden, sollte die gesamte Baugruppe homogen bis zu 200 °C – wenn es sich um bleifrei handelt – erwärmt werden. Dies erreicht man vor allem durch eine effiziente Unterheizung.“ Um die Komponente schlussendlich abzuheben, kommt die Oberheizung ins Spiel, die nur lokal die Komponente in Schmelze bringt. „Wichtig ist vor allem, dass die Heizsysteme reproduzierbar arbeiten.“ Daher sollten Reworksysteme für eine qualifizierte Reparatur doch einige Grundvoraussetzungen mitbringen: Das sind unter anderem ein Platziersystem mit Strahlteiler, eine effiziente Ober- und Unterheizung mit separater Ansteuerung und einer hohen Reproduzierbarkeit, eine flexible Boardaufnahme, Prozesskamera und schließlich entsprechende Werkzeuge für optimales Wärmemanagement und Handling der Komponente.

Die sieben motorisierten Achsen des halbautomatischen Selektivlötsystems Onyx 29 von Zevac vermitteln das Gefühl mit einem vollautomatischen Reworksystem zu arbeiten. Zevac

Beat Schumacher von Zevac fügt hinzu: „Genau das ist das Ziel: bei den Rework-Arbeiten nur die Teile zu beeinflussen, welche getauscht und repariert werden müssen. Daher bietet Zevac maßgeschneiderte Lösungen mit Düsen und selektiven Prozessen an.“ Das Bearbeiten von hochpoligen Bauteilen habe Zevac mit den dedizierten Thermal-Profilen und hochgenauen Platziertechnik unter Kontrolle, versichert Schumacher und lenkt gleichzeitig die Aufmerksamkeit auf einen weiteren Aspekt: „Um eine möglichst kontaminationsfreie Endoberfläche zu erhalten, wird das Restlot berührungslos abgesaugt: Dadurch wird die Landefläche nicht beschädigt, sodass eine selektive Reinigung auf der Endoberfläche erfolgen kann. Beim Wiedereinlöten des neuen Bauteils geht es vor allem darum, so wenig Flussmittel und Lotpaste wie möglich zu verwenden. Zevac bietet hier als einziger Lieferant eine Vakuum-kontrollierte Z-Höhenregelung der Absaugdüse an.“

Den Äußerungen vom Finetech-Experten steht Andreas Kraus kritisch gegenüber: „Zwar stellt der klassische BGA keine Probleme in der Fertigung und beim Rework dar. Vielmehr machen die DFN und QFN besonders mit dem Exposed-Pad enorme Schwierigkeiten genauso wie komplexe SMT-Steckverbinder. Sie stellen uns auch im Rework vor nicht ganz einfache Herausforderungen, da diese Bauteile kein eigenes Lotdepot mitbringen.“ Für einen „guten“ Rework sei daher ein vernünftiges Unterheizungskonzept unabdingbar, resümiert er.

Ermittlung des richtigen Lötprofils für den Reworkprozess

Voraussetzung für die Herstellung zuverlässiger Baugruppen sind eine qualifizierte Prozessoptimierung und ein reproduzierbarer Prozessablauf. Dabei gilt es, die thermischen Bedürfnisse und Rahmenbedingungen zur Nacharbeit zu definieren, vor allem die verschiedenen Materialien mit ihren unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Unterschiedliche Ausdehnungen führen innerhalb eines Systems zu mechanischen Spannungen, die zu Ausfällen des Systems führen können, weshalb Dan Lilie argumentiert: „Wir verfolgen dabei den Ansatz, dass die Soll-Temperaturen mit den Ist-Temperaturen noch im Heizer selbst verglichen werden. Dadurch erreichen wir eine hohe Reproduzierbarkeit der Profile, messen aber nicht die Temperatur an der Lötstelle selbst. Um die Temperatur an der Lötstelle selbst aufzunehmen, müssen separate Thermoelemente an der Baugruppe angebracht werden, die dann zur Temperatureinmessung oder Profiling verwendet werden können. Ist das Profil einmal eingerichtet, lässt es sich für alle weiteren Baugruppen selber Bauart verwenden.“

Dem pflichtet Helge Schimanski vom Fraunhofer ISIT bei: „Die richtige, qualifizierte thermische Profilierung stellt eine Grundvoraussetzung für eine qualitativ hochwertige Reworkprozedur dar.“ Deshalb habe der ZVEI-Arbeitskreis Rework & Repair in seinem Leitfaden einen Lötprofilvorschlag erarbeitet, fügt er hinzu: „Dieser soll es dem Anwender ermöglichen, mit einem Baugruppen-schonenden Lötprozess dem In-Line-Prozess qualitativ gleichwertige Produkte herzustellen. Ziel sollte es hierbei sein, mit möglichst geringer thermischer Belastung der Baugruppe zu arbeiten – sich aber dennoch möglichst mittig im Lötprozessfenster zu befinden.“ Die Baugruppe „vergisst nicht“, mahnt er vehement. Das bedeutet, dass die thermische Belastung der einzelnen Lötprozesse sich kumuliert, sodass beispielsweise durch zu große Hitze eine Leiterplatten-Delamination stattfinden kann. Das kann Beat Schumacher nur bestätigen: „Die zu jederzeit kontrollierte Prozesstemperatur der Bauteile durch berührungslose optische Messverfahren garantiert eine genaue Einhaltung der Spezifikationen der Bauteile und des Lotes. Wichtig ist, dass die Startbedingungen der Prozesse für jede wiederholte Reparatur exakt gleich sind. Hierbei überwachen und kühlen wir gegebenenfalls die Vorwärmer oder den Heissluftkopf auf die geforderte Startbedingung und Temperatur.“

Mit dem Fineplacer Pico RS von Finetch ist eine vielseitige Heißgas-Reparaturstation für Montageanwendungen und Rework auf dicht bestückten Boards erhältlich. Finetech

Das Schwierigste bei der Prozesserstellung ist demnach das richtige Anbringen der Temperaturfühler. „Wer misst, misst Mist“, verdeutlicht Dan Lilie von Finetech die Herausforderung. „Hier sollte man darauf achten, dass das Thermoelement auch wirklich an den beabsichtigten Stellen misst. Überprüfen kann man das am einfachsten mit einem Röntgen-Inspektionssystem. Allerding ist solide Erfahrung mit Baugruppen und Temperaturprofilen unerlässlich, um schnell zum Ziel zu kommen.“ Seiner Ansicht nach sollten nach Möglichkeit mindestens drei Thermoelemente an die Baugruppe angebracht werden:

• Auf der Rückseite der Baugruppe, um eine entsprechende Grundwärme in die Baugruppe durch die Unterheizung zu bringen, die nicht zu kalt (um Spannungen zu reduzieren) und nicht zu warm (keine Komponente an der Unterseite umschmelzen) ist
• An der Lötstelle selbst, um geeignete Löttemperaturen festzulegen
• Auf der Oberseite der Komponente, um die Maximaltemperatur nicht zu überschreiten

Verifikation und Qualität

Kein Zweifel: Anwender wünschen sich Reworksysteme, die auf den ersten „Schuss“ ein Profil nach IPC treffen und die Komponente sauber aus- beziehungsweise einlöten. In der Praxis ist das aber nicht so einfach umzusetzen. Eine Standardlösung, die alle Anwendungsfälle abdeckt, gibt es leider nicht, bedauern die Experten der Podiumsdiskussion unisono. Schulungen der Mitarbeiter sind unentbehrlich, um zuverlässig Reparaturen, Nacharbeit oder Modifikationen an elektronischen Baugruppen vornehmen zu können. Die Hersteller der Reworksysteme bieten zudem die Möglichkeit, Erkenntnisse oder Anweisungen im Profil zu hinterlegen. „Diese wiederum lassen sich in einer eigenen Bauteilbibliothek abspeichern und bei Bedarf abrufen. Auch die Prozesskamera ist ein entscheidender Faktor bei der Profilerstellung, um zum Beispiel Schmelzprozesse visuell zu überprüfen“, erläutert Dan Lilie von Finetech. Darüber hinaus sollte auch die Dokumentation über Baugruppe und Komponente vollständig sein. „Leider mangelt es hier sehr oft an Informationen. Sollten keine Profiltemperaturen bekannt sein, sollte man sich nach Möglichkeit an die IPC anlehnen“, betont er weiter.

Der gesamte Reparaturkreislauf, vom Auslöten des Bauteils über Restlotentfernung, Reballing und Dispensen bis hin zum Wiedereinlöten, lässt sich auf dem kompakten Reworksystem Fineplacer Core von Finetech durchführen. Finetech

Damit schließt sich für Svend Vieweg von Continental der Kreis: „Die fehlende Akzeptanz von qualifizierten Prozessen im Bereich Rework & Repair wird oft schon durch die vorangegangenen undokumentierten Arbeitsprozesse verstärkt“, ruft er und klagt: „Dadurch werden aufwändige und meist langwierige zusätzliche Prüf- und Validierungsschritte notwendig, die oft nicht mehr im Verhältnis zur eigentlichen Reparatur stehen.“ Das will Lukas Fink von BMK so nicht stehen lassen: „Die detaillierte Dokumentation der Test- und Rework-und-Repair-Prozesse ermöglicht eine hochentwickelte Traceability. Wir bei BMK haben ein Änderungsmanagement, um schnell, sicher und reproduzierbar agieren  zu können.“ Ein wichtiger Aspekt sei überdies die Überprüfung der Stabilität der Messungen, also beispielsweise, interne Messfühler mit externen kalibrierten Messgerät zu überprüfen. Und auch Beat Schumacher von Zevac entgegnet: „Die Unternehmungen richten Service und Reparaturen ihrer Produkte in ein zentralen Mittelpunkt der anzubietenden Dienstleistungen an. In diesem Zuge müssen auch die Reparaturen an den elektrischen Bauteilen und Platinen professionalisierter und dokumentierter werden. Daher wird auch die Dokumentation der Reparaturen zukünftig ein wesentlicher Bestanteil der Reworksysteme bleiben und weiter verfeinert werden.“ Schließlich betont auch Jörg Nolte von Ersa: „Der ZVEI-Leitfaden ist ein guter Beleg dafür, dass man heute zuverlässig reparieren kann. Zudem hilft Rework Budgets und Umwelt zu schonen.“

In ruhigere Gewässer führt Helge Schimanski vom Fraunhofer ISIT die Diskussion „Der Nacharbeitsprozess ist ein beherrschbarer Prozess unter der Voraussetzung, dass dieser gewissenhaft durchgeführt wird und dabei alle Randbedingungen für Bauteile, Leiterplatte und Lötprozess inklusive des Umgangs mit ihnen, wie in diesem Leitfaden dargestellt, beachtet und eingehalten werden.“ Mit dem richtigen Rework-Prozess ließen sich dem Linienprozess qualitativ ebenbürtige Produkte herstellen. „Unerlässliche Rahmenbedingungen hierzu sind neben einer individuell angepassten thermischen Profilierung ein qualifizierter und reproduzierbarer Rework-Prozessablauf“, resümiert er.