Mit der SMD-Rework-Station Onyx29 werden bei Erni ES Finepitch-Bauteile wie BGA, QFN oder komplexe SMD-Steckverbinder repariert.Erni ES
Die Kernkompetenz von Erni liegt auf einem leistungsfähigen und für die moderne Fertigung optimierten Steckverbinder-Programm. Diese Expertise wurde mit der Integration eines auf die Löttechnik spezialisierten Unternehmens im Bereich SMT-Fertigung bzw. -Bestückung erweitert und in die Erni ES integriert.
Hier können u. a. mehr als 30.000 Bt/h auf Baugruppen bis zu 510 mm x 460 mm verarbeitet werden. Auch Finepitch-Komponenten mit einem Raster von nur 0,3 mm stellen kein Problem dar. Es stehen komplette Prozesslinien zur Verfügung – vom Siebdruck über schnelle Bestückungsautomaten und Lötanlagen für die bleifreie bzw. bleihaltige Reflow-Lötung bis hin zur AOI und schnellen digitalen sowie analogen Testern. Abgerundet wird das Service-Angebot durch die Reparatur von SMT-Finepitch-Bauteilen.
Rework und Repair
Das Rework bei Erni ES steht für die Reparatur von elektronischen Baugruppen in der SMT. Es geht um defekte Bauteile, unzureichende Lötstellen, falsch platzierte Komponenten, Änderungen bzw. Updates bei den Bauteilen sowie die Wiederverwendung von teuren Komponenten.
Der Reparaturprozess für SMDs besteht in der Regel aus den folgenden Arbeitsschritten:
- Auslöten des entsprechenden Bauteils,
- Entfernen des Restlotes auf dem Board (ggf. auch auf der Komponente),
- Auftrag neuer Lotpaste auf die Leiterplatte oder das Bauelement (ggf. Reballing oder Pastendruck),
- Aufnehmen, Ausrichten und Platzieren des neuen Bauteils sowie
- Einlöten des neuen Bauteils.
Bei der Reparatur muss verhindert werden, dass umliegende Bauelemente aufgeschmolzen und deplatziert werden – ein Prozess, der bei immer komplexeren, dicht bestückten Boards eine Herausforderung darstellt. Beim IR-Löten wird dies durch Aufkleben von Schutzfolien verhindert, die bei jedem Arbeitsschritt überprüft und gegebenenfalls neu platziert werden müssen. Heißgas-Reparaturstationen erfordern ein spezielles Design der Lötdüse und ein optimiertes Lötprofil. Jede unnötige thermische Belastung der Baugruppe führt zu vorzeitiger Alterung und sollte möglichst vermieden werden.
Auslöten
Beim Auslöten einzelner SMDs von der Leiterplatte werden alle Lötverbindungen zwischen diesen beiden Teilen aufgeschmolzen und die Komponenten voneinander getrennt. Anschließend wird das Anschluss-Pad auf der Leiterplatte vom Altlot gesäubert. Durch erneute Erhitzung bis in den Schmelzbereich lassen sich zurückgebliebene Reste der gelösten Lötstellen entfernen. Um eine Beschädigung der Leiterplatte zu vermeiden, sollte die Entfernung des Restlotes kontaktlos erfolgen.
Platzieren
Um das neue SMD auf dem vorbereiteten Pad exakt zu platzieren, benötigt man eine präzise Rework-Station, die aufgrund der optischen Auflösung des Visionsystems in der Lage ist, die Anschlüsse möglichst genau mit den Kontaktflächen der Leiterplatte in Deckung zu bringen. Je kleiner der Pitch der Komponenten, desto höher natürlich die Anforderungen. Aufgrund der durch die Einführung bleifreier Lote veränderten Eigenschaften des Lotes sollte die Platziergenauigkeit des Systems bei mindestens 10 µm liegen.
Einlöten
Abschließend lötet man die neu platzierten Komponenten auf die Leiterplatte. Um zuverlässige und qualitativ hochwertige Lötverbindungen zu erzeugen, werden alle Lötstellen zwischen dem neuen Baustein und der Leiterplatte mit dem passenden Lötprofil über den Schmelzpunkt erhitzt und fachgerecht abgekühlt.
Werden Bauelemente wie QFN bzw. MLF oder QFP ohne Lotdepot geliefert, muss eine Lösung für den Auftrag neuer Lotpaste gefunden werden, entweder durch Auftrag von Lotpaste auf die Leiterplatte oder direkt auf die Komponente. Zum einfachen Auftrag von Lotpaste beim Rework-Prozess empfiehlt sich der Lotpastendruck mittels Druckschablone und Rakel. Entscheidend ist, dass dieselbe Menge Lot wie bei der Herstellung auf die Kontaktflächen aufgebracht wird. Eine technologisch aufwändigere aber präzisere Variante ist das Dispensen von Lotpaste.
Rework von SMD-Steckverbindern
Ein moderner Rework-Prozess ist auch für komplexe Steckverbinder wie den Microspeed geeignet, der auf nur 26 mm Länge 50 Kontakte im 1,0-mm-Raster bietet.Erni ES
Das Rework von größeren Komponenten wie Steckverbindern ist eine spezielle technische Herausforderung, angesichts des relativ großen Isolierkörpers, der steigenden Anzahl von Kontakten bzw. Kontaktdichte und der Tatsache, dass die Kontakte unter dem Isolierkörper „versteckt“ sind.
Die Reworkstation
Zum selektiven Aus- und Einlöten setzt man bei Erni ES auf die Rework-Station Onyx 29 von Zevac. Ausgerüstet mit einem speziellen Visionsystem ist eine exakte Ausrichtung der SMD- und Finepitch-Bauelemente möglich – und das mit hoher Genauigkeit und hohem Bedienkomfort. Schlecht platzierte Bauelemente können nachträglich exakt positioniert werden, während sich defekte Bauelemente schnell austauschen lassen.
Aber auch Prototypen können mit der Onyx 29 auf rationelle Art bestückt und gelötet werden. Fehlende Bauelemente sind nachträglich bestück- und lötbar. Einzelne Bauelemente, die mit vorhandenen Produktionsautomaten nicht verarbeitet werden können, lassen sich ebenfalls nachträglich bestücken oder löten. Sind Leiterplatten mit nur wenigen Bauelementen zu bestücken, dann ist in vielen Fällen der Einsatz dieses Systems auch eine wirtschaftlich Bestückungslösung.
Zudem können Standarddüsen ohne Modifikationen und damit kostengünstig eingesetzt werden. Die Prozesse zum Aufnehmen des Bauelementes, Fluxen, Aus- und Einlöten laufen entsprechend der vorgegebenen bzw. programmierten Temperaturkurven vollautomatisch und geregelt ab. Bis zu acht Thermoelemente sorgen für eine präzise Steuerung der Prozesstemperatur. Der gleiche Heizkopf kann sowohl für das Löten aller SMDs mit Heißgas oder Stickstoff – inklusive bleifrei – als auch für die Restlotentfernung eingesetzt werden. Über ein präzises, automatisches Dispensen wird die Lotpaste aufgebracht.
Die keramisch beschichtete 4-Zonenunterheizung (4 x 1.500 W) kann einfach an unterschiedliche, auch unregelmäßige Leiterplattengrößen angepasst werden und sichert ein gleichmäßiges Vorwärmen. Mechanische Unterstützungen und ein federgelagerter Printhalter sorgen für eine nur minimale Leiterplattenverformung. Alle Bewegungen vom Lötkopf auf die Leiterplatte und die Bauelement-Aufnahme werden mit einem Kraftmesssystem im geschlossenen Regelkreis überwacht.
Mit dem voll motorisierten MFOV-Visionsystem (Multiple Field of View) kann die ganze Bandbreite an SMDs vom 0201-Chip bis hin zu sehr großen BGAs mit bis zu 75 mm oder Steckverbindern präzise platziert werden. Die eingebaute LED-Beleuchtung der Oberseite (Bauelement) und der Unterseite (Leiterplattenlayout) bringen optimalen Kontrast für das eingebaute Kamerasystem, das für die Positionierungsprozesse eingesetzt wird.
Fazit
Prinzipiell gilt: Rework sollte als Strategie bereits beim Design und über den gesamten Fertigungszyklus eingeplant werden. Außerdem ist für das Rework eine leistungsfähige Maschinen-Unterstützung erforderlich. Eine leistungsfähige Rework-Station, die mit dem Heißgas-Prinzip arbeitet, ermöglicht nicht nur das temperaturschonende Aus- und Einlöten, sondern ist auch für die selektive Montage geeignet.
Gerald Römpp
(hb)
