Seit der Erfindung der Zwangskonvektionstechnologie für das Reflowlöten elektronischer Baugruppen hat sich vom Prinzip her wenig geändert. Die Schutzgastechnologie hat in vielen Fertigungen Einzug gehalten und über unterschiedliche Geometrien zur Erzeugung dieser temperaturgeregelten, theoretisch laminaren Luftströme, die der Baugruppe und damit den einzelnen Lötstellen gezielt Energie zuführen, wird kaum mehr diskutiert. Eine perfekte Prozessgasführung wird vorausgesetzt. Alternative Reflow-Massenlötverfahren lassen auf sich warten.
Allerdings waren und sind die Entwicklungen im Detail dafür umso wichtiger geworden. Momentan im Fokus der Diskussionen stehen Maßnahmen, um den Energieverbrauch der größten Energiefresser, wenn man das im Verhältnis zu anderen Prozessmaschinen innerhalb einer SMT-Linie sieht, systematisch gering zu halten. Wartungsarme bis hin zu fast wartungsfreien Lösungen für das Residuemanagement inklusive einfachster Abfallentsorgung sind gefragt. Dann stehen Maßnahmen zur Senkung des Stickstoffverbrauchs immer wieder aufs neue zur Debatte.
Scheinbar ganz nebenbei hat auch die Inline-Dampfphasenllöttechnologie dort wieder Fuß gefasst, wo sie technologisch überlegen und wirtschaftlich attraktiv geworden ist. Allerdings kommt man hier um eine relativ geschlossene Prozesskammer, also zumindest Batch-ähnliche Verfahren nicht herum, die den Durchsatz wie auch immer gegenüber den klassischen Konvektionsanlagen problematisch ausschauen lassen.
Massereich kontra filigran
Der Durchsatz einer Reflowlötanlage hängt am Ende von der Prozesszonenlänge respektive der Anzahl der Prozesszonen im Vorheiz- und im Peakbereich ab. Doch spätestens wenn es um spezifizierte Temperaturabweichungen über die Prozessbreite geht, weil man massereiche und leichte Bauteile mit kleinstem Anschlussraster im Mix löten muss, spielt die Performance der Anlage eine wichtige Rolle. Dann interessiert eventuell auch, wie gut die Kühlzone für ein definiertes Abkühlen ausgestattet ist. Eine gute Abstimmung der Lüfter auf die Düsentechnologie und eine durchdachte Luftführung auf der einen, gute Isolation nach außen sowie wirksame Trennung zwischen Peak- und Kühlzone und ein massearmes Transportsystem sind Merkmale, die zu beachten sind. Und beileibe nicht jeder Hersteller schreibt ein definiertes oder gar garantiertes Delta T ins Datenblatt.
Ausgereifte Mechanik
In der Summe bietet sich im deutschsprachigem Raum ein umfangreiches Angebot an Reflowlötanlagen auf der Basis von Zwangskonvektionstechnik in allen nur denkbaren Größen und mit unterschiedlichsten Transportsystemlösungen, ob Kette, Geflechtband oder auch Doppel- bis hin zu vier Transportspuren in einer Maschine.
Dampfphasenlötanlagen Made in Germany sind inzwischen im europäischen Ausland wie auch international anerkannt. Die recht aufwändigen Inlinelösungen haben sich in vielen Installationen bewährt.
Komfortable Bedienung
Eine ansprechende Bedienoberfläche versteht sich heutzutage von selbst. Für das Einfahren von Temperaturprofilen bieten spezialisierte Hard- und Softwarehersteller Lösungen, die vom einfachen Messen bis hin zur automatischen Analyse und Generierung von automatischen Voreinstellungen reichen.
Die Anbindung von Reflowanlagen an übergeordnete Line-Control- und MES ist heutzutage bei den meisten Maschinen möglich, bedarf aber eines Gewissen Know-hows von Seiten der Hersteller, spätestens, wenn es um Lösungen rund um die Rückverfolgbarkeit geht.
Voidfrei Löten
Porenfreies Löten bei großen zu verlötenden Flächen, in den Anschlussballs von Area-Array-Bauteilen oder kritischen Anschlüssen, in denen hohe Ströme fließen sollen bewegt die Gemüter. Ob die Regeln ausreichen, die der IPC vorgibt, sei in diesen Fällen dahingestellt. Wenn Leiterplattendesign, die Leiterplattenoberflächen, die Lotpaste respektive das darin vorhandene Flussmittel und vorangehende Prozesse aufeinander abgestimmt sind, mag eine solide Reflowlötanlage zu verlässlichen Ergebnissen führen.
Zur sicheren Seite können dann allerdings das Dampfphasen-Lötverfahren unter Vakuum oder ein in die Reflowmaschine integriertes Vakuummodul führen. Weitere Verfahren wie das Reflowlöten unter Überdruck befinden sich noch in der Entwicklungsphase.
Die Arbeitsgruppe voidfreies Löten hat in zahlreichen Analysen festgestellt, dass Druckunterschiede von 1 bar zu einer respektablen Reduzierung der Bildung von Poren führen unter 2 % bezogen auf die Fläche führen. Die Zusammenfassung neuster Erkenntnisse ist inzwischen über den Void Expert, ein Expertendatenbanksystem, verfügbar.
Schlussbemerkung
Die Packaging-Technologien der Halbleiterhersteller sind es, die die Branche treiben – vom Widerstandschip hin zum 01005-Bauteil, vom PLCC zum QFN, vom BGA zu PoP. Ein Ende wird nie absehbar sein. Das wissen natürlich auch die Hersteller von Reflowlötanlagen nur zu gut.
Da wundert es kaum, dass man sich hier wie nirgendwo sonst in der Branche der Elektronikfertigung gerne Spezialisten aus der Forschung im eigenen Hause leistet. Mag sein, dass der Großteil der Wertschöpfung einer SMT-Linie immer noch beim Bestückprozess liegt. Das Reflowlöten als Kernprozess der Verbindungstechnik muss aber mit all den möglichen Fehlern, die von der Materialseite her generiert werden könnten, klarkommen. Das geht nur, wenn man auf diese Spezialisten zurückgreifen kann, die etwas von der Grundlagenforschung verstehen, die sich um Partnerschaften und aktive Mitarbeit in Arbeitskreisen und Konsortien kümmern und Lösungen entwickeln können, von denen wir morgen vielleicht froh sind, dass es sie überhaupt gibt.
Hilmar Beine
(hb)
