Jet-Dispensen von Lotpasten ist nicht einfach. In der Vergangenheit sind Jetventile durch die Feststoffpartikel schnell verstopft und die Punktgröße bei der Lötpasten-Jet-Dosierung war auf große Durchmesser begrenzt. Das Vermes-MDS-1560-System mit DST-Technologie in Kombination mit der Windot-Lotpaste von Genma bietet eine Lösung auch für kleinste Durchmesser. Neben Geschwindigkeit und Punktgröße ist die Zuverlässigkeit von besonderer Bedeutung. Das Ventil kann mehr als eine Million Punkte hintereinander dosieren, ohne dass ein Operator-Eingriff notwendig wird.

winDot Lotpasten-Sortiment Genma

Windot Lotpasten-Sortiment Genma

Um ein besseres Design und eine verbesserte Funktionalität zu ermöglichen, ist oft eine weitere Miniaturisierung der Elektronik erforderlich. Da das nicht durchweg möglich ist, werden kleine und große Bauteile in Kombination eingesetzt.

Stufenschablone benötigt Raum

Stufenschablone benötigt Raum Genma

SMD-Anwendungen

Zum Verlöten der Bauteile wird unterschiedlich viel Lotpaste benötigt, weshalb häufig Stufenschablonen zum Drucken der Lotpaste zum Einsatz kommen. Die Stufe benötigt Platz, damit die Lotpaste zuverlässig mit dem Rakel auf die Leiterplatte gedruckt werden kann. Durch die Kombination des Druckprozesses mit dem Jet-Dispensen lässt sich dieser Platz nutzen, um die Packungsdichte zu erhöhen. Zuerst werden die großen Pads mittels Schablone gedruckt. Die kleinen Pads werden im zweiten Schritt, wie in der Grafik gezeigt, gejettet. Da das Jet-Dispensen sehr schnell ist, kann dies inline erfolgen, ohne die Gesamtgeschwindigkeit der Fertigungslinie zu verlangsamen. Mit den Jet-Dispensern lässt sich Lotpaste auf kleinsten Pads für 0402 (01005) Komponenten jetten.

Lotpasten Jet-Prozess ergänzend zum Druckprozess

Lotpasten Jet-Prozess ergänzend zum Druckprozess Genma

Je nach Padgröße müssen verschiedene Mengen Lotpaste aufgetragen werden. Dies kann durch Ändern der Menge pro Hub, durch Aufbringen mehrerer Punkte übereinander oder durch Verwenden von zwei Jet-Ventilen, die mit unterschiedlich feinen Lotpasten bestückt sind, erreicht werden, zum Beispiel mit Lotpasten vom Typ 5 und Typ 6.

Auftrag unterschiedlich großer Lotpasten-Mengen mit dem Jet-Dispenser.

Auftrag unterschiedlich großer Lotpasten-Mengen mit dem Jet-Dispenser. Genma

Prototypen- und Kleinserienfertigung

Jet-Dispensen auf 3D-Leiterplatten

Jet-Dispensen auf 3D-Leiterplatten Genma

Wenn kleine Losgrößen gefertigt werden, ist der Schablonendruck nicht unbedingt die zeit- und kosteneffizienteste Methode. Für jede Designänderung müssen neue Schablonen gekauft werden. Außerdem muss die Schablone korrekt ausgerichtet und die Druckergebnisse überprüft werden, da von Zeit zu Zeit Fehldrucke passieren. Das Jetten kann diesen Prozess effizienter gestalten. Die Jet-Ventile lassen sich in viele branchenübliche Jet-Dispenser integrieren. Die Pad-Positionen aus dem Leiterplatten-Design werden in die Maschine eingelesen und mit wenig Aufwand die richtige Menge Lotpaste positionsgenau auf die Pads aufgetragen. Bei einigen Maschinen erfolgt sogar die Bestückung in derselben Maschine. Durch den voll integrierten Ansatz wird wenig Stellfläche benötigt und eine maximale Effizienz bei kleinen bis mittleren Losgrößen erreicht.

Flexible und 3D-Leiterplatten

Design oder Funktionalität erfordern manchmal, dass Leiterplatten Vertiefungen aufweisen oder aus einem flexiblen Substrat gefertigt sind. Auch dreidimensionale Leiterplatten, sogenannte 3D-MIDs, kommen zum Einsatz. Auf solchen Materialien ist das Drucken von Lotpaste nicht möglich, da keine ebene Fläche vorhanden ist, beziehungsweise die genaue Positionierung der Schablone nicht möglich ist. Aus diesem Grund sind andere Methoden zum Auftragen der Lotpaste nötig. Mit dem Jet-Dispenser kann Lotpaste schnell, präzise und kontaktlos aufgetragen werden. Kleine Punktgrößen sind problemlos machbar.

Jet-Dosierung in der Modulfertigung

Flexible Leiterplatte kann nicht mit Schablone bedruckt werden.

Flexible Leiterplatte kann nicht mit Schablone bedruckt werden. Genma

Um die Funktionalität und Dichte der Elektronik zu erhöhen, werden SMD-Module gebaut. Die Module bestehen in der Regel aus mehreren Bauteilen, teilweise in Kombination mit einem Chip. Das SMD-Modul wird dann als Ganzes auf Leiterplatten bestückt. Beispiele für Module sind PoP-Module (Package on Package) und CSP-Module (Chip Scale Packages). Im Herstellungsprozess der Module ist wenig Bauraum vorhanden und eine hohe Präzision erforderlich. Je kleiner die Pads sind, desto genauer muss die Punktgröße und das Gewicht jedes auf den Pads aufgebrachten Lotpasten-Depots sein. Die Lotpasten-Jet-Dosierung ist meist schneller als die bisher verwendeten Verfahren. Neben dem Geschwindigkeitsvorteil ist die gleichbleibende Punktgröße mit geringer Varianz der Lotpasten-Menge ein großer Vorteil. Dadurch wird die Herstellungsgeschwindigkeit gesteigert und vor allem die Ausbeute erhöht. Die Produktivität steigt und gleichzeitig werden die Produktionskosten gesenkt.

Bottom Cavity Module

Bottom Cavity Module Genma

Jet-Dispensen zur Montage von Abschirmgehäusen

Auch bei der Montage von Abschirmgehäusen ist ein Drucken der Lotpaste nicht möglich. Dieser Produktionsprozess erfordert zwei Prozessschritte. Im ersten Prozessschritt wird Lotpaste klassisch gedruckt und die Komponenten auf die Leiterplatte gelötet. Im zweiten Schritt wird das Abschirmgehäuse auf die Leiterplatte gelötet. Die zwei Schritte sind erforderlich, da die Wärme im Reflowprozess alle Komponenten nur erreichen kann, bevor das Gehäuse montiert ist. Zur Montage des Abschirmgehäuses sind kleine Mengen Lotpaste erforderlich, da aufgrund der Bestückung nicht mehr gedruckt werden kann.

Abschirmgehäuse zum Schutz der Baugruppe.

Abschirmgehäuse zum Schutz der Baugruppe. Genma

Jet-Dispensen in der Substratfertigung

Bei der Herstellung von flexiblen Substraten oder auch Modulsubstraten ist der Ausschuss oft recht hoch, da die Miniaturisierung noch mit großen Unzuverlässigkeiten im Herstellungsprozess verbunden ist. Um die Produktivität zu erhöhen, kann das Substrat geschnitten, überprüft und die guten Fragmente auf einer Trägerplatte platziert werden. Da die Fragmente keine genaue Position haben, lässt sich die Lotpaste nicht mehr mit einer Schablone auftragen. Zur Weiterverarbeitung werden kleinste Lotpasten-Depots benötigt, die sich am präzisesten und schnellsten im Jet-Dispensier-Prozess auftragen lassen.

Jet-Dispensen in der Fertigung von flexiblen Substraten.

Jet-Dispensen in der Fertigung von flexiblen Substraten. Genma

Zusammenarbeit mit Vermes Microdispensing

Um hochpräzise kleine Punktgrößen bei hoher Geschwindigkeit zu erzielen, wurden das Vermes Jetventil und die Genma Windot Lotpaste über einen langen Zeitraum so optimiert, dass sie optimal zusammenarbeiten. Unternehmen aus verschiedensten Bereichen nutzten bereits die Lotpaste auf ihren Maschinen mit dem Microdispensing Jetventil der MDS1560-Serie in der SMD-Fertigung.

Feine gejettete Lotpasten-Depots.

Feine gejettete Lotpasten-Depots. Fraunhofer IZM

Genma LotpasteN

Genma ist einer der größten Lotpastenhersteller mit Hauptsitz in Japan. Die Europa-Zentrale hat ihren Sitz in Deutschland. Das Unternehmen erkannte früh die Bedeutung des Lotpasten-Jet-Prozesses für kleine Punktgrößen. In seiner eigenen Flussmittel- und Pulverproduktion können die Lotpasten problemlos an Kundenbedürfnisse anpasst werden. Mehrere Hersteller setzen die neue Jet-Dispenser-Lotpaste schon in der Massenproduktion ein.