Von der ungeliebten Notwendigkeit zur effizienten Lösung

Trotz hochpräziser Bestückungs- und Lötprozesse lassen sich Fehler nie vollständig vermeiden. Ein defekter oder falsch platzierter IC, eine kalte Lötstelle oder ein BGA mit Ausfällen unter dem Chip-Gehäuse machen eine Nacharbeit, insbesondere bei BGAs mit über 1000 Lötpunkten unter dem Chip, mit herkömmlichen Methoden nahezu unmöglich.

Status quo und Herausforderungen

Die Gründe für die Nacharbeit an elektronischen Baugruppen sind so vielfältig wie die Elektronik selbst. Zu den häufigsten Ursachen zählen defekte oder falsch bestückte Bauteile, schlechte oder offene Lötstellen, falsch programmierte Bauteile oder Redesigns an der Baugruppe. Unter den Begriff Rework fällt auch, wenn bei Prototypen Bauteile nachbestückt und an Baugruppen Tests vorgenommen werden. Auch wenn leistungsfähigere, kompatible Bauteile in einer Schaltung eingesetzt werden (Upgrading), ist eine Nacharbeit erforderlich.

Traditionell wird Rework in Handarbeit durchgeführt, das heißt ein erfahrener Mitarbeiter entlötet, reinigt und bestückt neu. Das erfordert viel Know-how, ist zeitaufwändig und birgt Risiken für Leiterplatten und Bauteile. Hinzu kommt der steigende Druck seitens der Kunden und deren Forderungen nach Dokumentation und Traceability gemäß den branchenspezifischen Anforderungen. Auch immer komplexere Platinen und Baugruppen, kleine Losgrößen und hohe Variantenvielfalt erhöhen den Kosten- und Termindruck und stellen zusätzliche Herausforderungen an Rework-Fachleute und deren Werkzeuge. Dies hat zur Folge, dass Handreparaturen an ihre Grenzen stoßen, qualitativ wie wirtschaftlich.

Als Systemlieferant, zu dem auch die Produktion von hochkomplexen Leiterplatten gehört, suchte HEITEC daher nach Wegen, diesen kostenintensiven Prozess effizienter und reproduzierbarer zu gestalten, denn Rework ist grundsätzlich nachhaltig und sichert die Wertschöpfung. Der Schlüssel liegt in der Automatisierung, wobei anwendungsorientierte, innovative Lösungen ein Garant für den Erfolg sind.

Automatisiertes Rework

Für den Schritt in die automatisierte Nacharbeit entschied sich HEITEC für die Reworkstation HR 600 P von Ersa, dem weltweit führenden Anbieter im Bereich Electronics Production Equipment, weil sie einen vollständig automatisierten Ablauf vom Entlöten, Reinigen der Pads über die Bestückung bis hin zum Löten bietet. Ausschlaggebend, dass sich HEITEC für die Investition in dieses System entschieden hat, waren neben der präzisen Bauteilpositionierung, der Hybrid- und Infrarot-Heiztechnologie und der automatisierten Restlotentfernung auch die integrierten Funktionen für Traceability und Dokumentation. Das System erfüllt damit in idealer Weise die Anforderungen, wie sie von HEITEC definiert wurden, um die besten Ergebnisse für die Kunden zu erzielen. Dieses System stellt dabei den nächsten technologischen Schritt in der Professionalisierung und Automatisierung der Reparatur elektronischer Baugruppen dar.

Präzise und zuverlässig

Ein solides und hochgenaues Maschinengestell bildet die Grundlage für präzise Bauteilplatzierung und Zuverlässigkeit, denn das Gerät eignet sich besonders für sehr feine Bauteile mit einem Raster von 0,3 mm und feiner sowie für Chip-Bauteile der Größen 0402, 0201 und 01005. Es können Leiterplatten bis zu einer Größe von 645 x 420 mm bearbeitet werden.

Die exakte Berechnung der Bauteilposition erfolgt automatisch über hochauflösende Kameras und ein X-Y-Z-Achsensystem. Auf Basis dieser Daten wird das Bauteil mittels Vakuumgreifer über das präzise mit ±25 µm Genauigkeit arbeitende Achssystem platziert. Für zuverlässige Lötergebnisse und zum Schutz von Leiterplatten und Bauteilen ist eine gleichmäßige Erwärmung wichtig. Dazu verfügt das Gerät über Infrarot-Heizelemente, die in drei Zonen für die homogene Erwärmung der Baugruppe von unten sorgen. Der hochdynamische Hybrid-Heizkopf kombiniert Infrarotstrahlung und Konvektionsheizung zur gezielten und effizienten Bauteilerwärmung von oben. Die closed-loop Temperaturführung übernehmen wahlweise hochgenaue Thermoelemente oder der berührungslos arbeitende digitale Virtual Thermocouple (VTC). Individuelle Temperaturprofile sind reproduzierbar und lassen sich jederzeit abrufen.

Für eine voll integrierte, berührungslose Restlotentfernung mit höchster Präzision sorgt der optionale Auto Scavenger – ideal zur Vorbereitung sensibler Pads. Dieses automatisierte Modul ist mit der Reworkstation gekoppelt und arbeitet mit Vakuum, um die Anschlussflächen auf der Leiterplatte schonend und sicher von Restlot zu befreien. Zum Entlöten und Platzieren von Chip-Bauteilen der Größen 0201 und 01005 stehen spezielle Düsen zur Verfügung.

Zur Prozessbeobachtung und Dokumentation dient eine leistungsfähige Reflow-Prozesskamera mit LED-Beleuchtung. Die Bediensoftware speichert alle Prozessparameter, begleitet den Anwender bei allen Arbeitsabläufen und dokumentiert diese. Zudem kann die Reworkstation über ihre Software auch für lückenlose Nachverfolgbarkeit an das MES-System von HEITEC angebunden werden.