Laser 25

Geeignet für

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  Roboterlöten

  Roboterlöten ist eine Technologie, die in der Elektronikfertigung eingesetzt wird, um elektronische oder elektromechanische Bauteilen mit einem Trägermaterial zu verbinden. Bei den Bauteilen handelt es sich in der Regel um durchkontaktierte Bauteile und bei dem Trägermaterial um eine Leiterplatte. Das Roboterlöten wird hauptsächlich in Fällen eingesetzt in denen die Standardlötverfahren wie Reflow-, Wellen- und Selektivlöten nicht verwendet werden können, z.B. wegen der Temperaturempfindlichkeit der Bauteilen und der begrenzten Lötbarkeit der Oberfläche. Im Allgemeinen ist das Roboterlöten ein eher langsamer Lötprozess, der sich nicht wirklich für große Produktionsmengen eignet. Der Lötroboter hat eine benetzbare Lötspitze. Die Temperatur dieser Lötspitze kann auf eine bestimmte Temperatur eingestellt werden, die durch die verwendete Lotlegierung bestimmt wird, die mit Hilfe eines Lötdrahtes angebracht wird. Die Lötspitze wird auf den zu lötenden Oberflächen positioniert. Die X-Y-Z-Positionierung kann von einem System zum anderen variieren. In einigen Fällen führt die Lötspitze die gesamte Bewegung aus, in anderen Fällen wird die X-Y-Positionierung durch die Bewegung der Leiterplatte vorgenommen. Einige Systeme können auch den Winkel der Lötspitze programmieren und von welcher Seite sie auf die lötbaren Oberflächen zugreift. Dies kann nützlich sein, wenn die Zugänglichkeit zu den lötbaren Oberflächen eingeschränkt ist, z.B. durch Bauteilen, die sich bereits auf der Leiterplatte befinden von einem früheren Bestückungs-/Lötprozess. In einem ersten Schritt wird die Lötspitze die zu lötenden Oberflächen vorheizen. Um die Wärmeübertragung zu begünstigen, wird im Allgemeinen bereits etwas Lot auf die Kontaktfläche zwischen der Lötspitze und den zu lötenden Oberflächen gegeben. Das flüssige Lot verbessert die Wärmeübertragung und beschleunigt den Prozess. Die Dauer des Vorheizens wird durch die thermische Masse des Bauteils und der Leiterplatte bestimmt. Danach wird die richtige Menge an Lötdraht hinzugefügt und die flüssige Lotlegierung benetzt die zu lötenden Oberflächen so dass das Bauteil und die Leiterplatte mit einer Lötstelle verbunden werden. Die Hauptschwerpunkte des Roboterlötprozesses sind in der Regel die Optimierung der Lötgeschwindigkeit, die Einschränkung von Lot- und Flussmittelspritzern, die Begrenzung der Bildung von Flussmittelrückständen nach dem Löten und die Minimierung der Verschmutzung der Lötspitze. Ein wichtiger Parameter in diesem Zusammenhang ist der verwendete Lötdraht und insbesondere das Flussmittel, das in diesem Lötdraht enthalten ist. Für ein schnelleres Löten wird häufig ein aktivierter (halogenierter) Lötdraht der Klassifizierung 'L1' oder höher verwendet. Es gibt Lötdrähte, die speziell für das Löten mit Robotern entwickelt wurden. Sie sorgen nicht nur für schnelles Löten, sondern auch für weniger Spritzer, Flussmittelrückstände und Verschmutzung der Lötspitze. Es gibt sie auch in der 'L0'-Klassifizierung.
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  Laserlöten

  Das Laserlöten ist eine berührungslose Löttechnik, die in der Elektronikfertigung eingesetzt wird, um elektronische oder elektromechanische Bauteilen mit einem Trägermaterial zu verbinden. Bei den Bauteilen handelt es sich in der Regel um durchkontaktierte Bauteile und bei dem Trägermaterial um eine Leiterplatte. Das Laserlöten wird vor allem in solchen Fällen eingesetzt, in denen die Zugänglichkeit zu den zu lötenden Oberflächen eingeschränkt ist und ein Standard-Lötroboter mit Lötspitze keinen Zugang hat. Im Allgemeinen ist das Laserlöten ein schnellerer Lötprozess als das Löten mit einem Standard-Lötroboter, aber dennoch nicht wirklich für Großserienproduktionen geeignet. Die zu lötenden Oberflächen werden durch einen Laserstrahl erwärmt, der von einer oder mehreren Laserdioden erzeugt wird. Die Laserstrahlen erwärmen die Oberflächen sehr schnell. Mehrere Laserdioden bieten die Möglichkeit, die Oberflächen an verschiedenen Stellen zu erwärmen, was zu einer gleichmäßigeren Erwärmung führt. Das Lot ist entweder bereits als Lotpaste vorhanden oder wird über einen Lötdraht mit Flussmittel hinzugefügt. Für die meisten Anwendungen wird ein Lötdraht verwendet. Beim Laserlöten liegt der Hauptfokus auf der Zeitoptimierung. Normalerweise wird ein Profil in drei Schritten erstellt: Vorwärmen, Löten und Halten. Dafür können die Leistung des Lasers und die Heizzeit angepasst werden. Diese Einstellungen hängen von der thermischen Masse der zu lötenden Materialien ab und werden oft aus der Erfahrung gewonnen. Es ist ratsam, vor dem Zuführen des Lötdrahtes eine Vorwärmung von mindestens 300°C vorzunehmen. Die Menge des zugeführten Lötdrahts hängt vom Volumen der Lötstelle ab. Neben dem schnellen Löten liegt ein weiterer Schwerpunkt des Laserlötprozesses auf der Eischränkung von Lot- und Flussmittelspritzern und der Begrenzung von Flussmittelrückständen nach dem Löten. Ein wichtiger Parameter in diesem Zusammenhang ist der verwendete Lötdraht und insbesondere das Flussmittel, das in diesem Lötdraht enthalten ist. Zum schnelleren Löten wird häufig ein aktivierter (halogenisierter) Lötdraht der Klassifizierung 'L1' oder höher verwendet. Lötdrähte, die speziell für das Laserlöten entwickelt wurden, begrenzen ebenfalls Spritzer und Flussmittelrückstände. Es gibt diese auch in der 'L0'-Klassifizierung.
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  Nacharbeit & Reparatur

  Nacharbeit und Reparatur an einer elektronischen Baugruppe kann bei defekten Baugruppen durchgeführt werden, die aus dem Feld zurückkommen, kann aber auch in einer elektronischen Produktionsumgebung notwendig sein, um Fehler in der Bestückung und Lötprozessen zu korrigieren. Typische Nacharbeit- und Reparaturverfahren umfassen das Entfernen von Lötbrücken, das Hinzufügen von Lot an schlecht durchgelöteten Durchkontaktierungen oder anderen Lötstellen, das Ersetzen fehlerhaft bestückter Bauteile, das Ersetzen von Bauteilen die in der falschen Richtung bestückt sind, das Ersetzen von Bauteilen die Defekte aufweisen die mit den hohen Löttemperaturen in den Prozessen zusammenhängen, das Hinzufügen von Bauteilen, die z.B. aufgrund von Verfügbarkeit oder Temperaturempfindlichkeit nicht in den Prozess einbezogen wurden,... Die Identifizierung dieser Fehler kann durch visuelle Inspektion, durch AOI (automatisierte optische Inspektion), durch ICT (In Circuit Testing, elektrische Prüfung) oder durch CAT (Computer Aided Testing, Funktionsprüfung) erfolgen. Viele Reparaturarbeiten können mit einer Handlötstation durchgeführt werden, die über einen (Ent-)Lötkolben mit Temperatureinstellung verfügt. Das Lötzinn wird mit einem Lötdraht aufgetragen, den es in verschiedenen Legierungen und Durchmessern gibt und der ein Flussmittel enthält. In manchen Fällen wird ein flüssiges Reparaturflussmittel und/oder ein Gel-Flussmittel verwendet, um das Handlöten zu erleichtern. Für größere Bauteile, wie BGAs (Ball Grid Array), LGAs (Land Grid Array), QFNs (Quad Flat No Leads), QFPs (Quad Flat Package), PLCCs (Plastic Leaded Chip Carrier),... kann ein Reparaturgerät verwendet werden das ein Reflowprofil simuliert. Diese Reparaturgeräte gibt es in verschiedenen Größen und mit unterschiedlichen Optionen. In den meisten Fällen verfügen sie über eine Vorheizung von der Unterseite, die in der Regel IR (Infrarot) ist. Diese Vorheizung kann über ein Thermoelement gesteuert werden, das auf der Leiterplatte angebracht ist. Einige Geräte verfügen über eine Bestückungseinheit, die die korrekte Positionierung des Bauteils auf der Leiterplatte erleichtert. Bei der Heizeinheit handelt es sich in der Regel um Heißluft oder IR oder eine Kombination aus beidem. Mit Hilfe von Thermoelementen auf der Leiterplatte wird die Heizung so gesteuert, dass das gewünschte Lötprofil entsteht. In manchen Fällen besteht die Herausforderung darin, das Bauteil auf Löttemperaturen zu bringen, ohne benachbarte Bauteile auf Löttemperatur zu bringen. Das kann schwierig sein, wenn das zu reparierende Bauteil groß ist und kleine Bauteile in der Nähe hat. Für BGAs mit Kugeln aus einer Lotlegierung kann ein Gel-Flussmittel oder ein flüssiges Flussmittel mit höherem Feststoffanteil verwendet werden. In diesem Fall wird das Lot für die Lötstelle von den Kugeln geliefert. Aber auch die Verwendung einer Lötpaste ist möglich. Die Lötpaste kann auf die Anschlüsse des Bauteils oder auf die Leiterplatte gedruckt werden. Dies erfordert für jedes Bauteil eine andere Schablone. Das BGA kann auch in eine spezielle Tauchlotpaste getaucht werden, die zunächst mit einer Schablone mit einer großen Öffnung und einer bestimmten Dicke in eine Schicht gedruckt wird. Bei QFNs, LGAs QFNs, QFPs, PLCCs,...muss Lot hinzugefügt werden, um eine Lötstelle zu erzeugen. In einigen Fällen können QFPs von Hand gelötet werden, aber die Technik erfordert Erfahrung. Deswegen wird die Verwendung eines Reparaturgeräts oft bevorzugt. QFPs und PLCCs haben Anschlussbeinchen und können mit einer Tauchlotpaste verwendet werden. QFNs, LGAs und QFNs, die keine Anschlussbeinchen, sondern flache Kontakte haben, können nicht mit einer Tauchlotpaste verwendet werden, da ihre Körper die Lotpaste berühren würden. In diesem Fall muss die Lötpaste auf die Kontakte oder auf die Leiterplatte gedruckt werden. Im Allgemeinen ist es einfacher, die Lötpaste auf das Bauteil zu drucken als auf die Leiterplatte, insbesondere wenn eine so genannte 3D-Schablone verwendet wird, die eine Aussparung hat, in dem die Position des Bauteils fixiert ist. Das Auswechseln von durchkontaktierten Bauteilen kann mit einer Handlötstation erfolgen. Dazu wird in der Regel eine hohle Entlötspitze auf die Unterseite des Bauteilanschlusses aufgesetzt, die das Lot aus dem Loch absaugen kann. Die Entlötspitze muss das gesamte Lot in der Durchkontaktierung erhitzen, bis es vollständig flüssig ist. Bei thermisch schweren Platinen kann dies sehr schwierig sein. In diesem Fall kann auch die Oberseite der Lötstelle mit einem Lötkolben erhitzt werden. Alternativ kann die Platine vor dem Entlöten über eine Vorheizung vorgewärmt werden. Das Löten der Durchkontaktierte Bauteile erfolgt in der Regel mit einem Lötdraht, der mehr Flussmittel enthält. Alternativ kann auch zusätzliches Reparaturflussmittel in die Durchkontaktierung und/oder auf den Bauteilanschluss gegeben werden. Bei größeren Steckern kann ein Tauchlötbad verwendet werden, um den Stecker zu entfernen. Wenn die Zugänglichkeit auf der Leiterplatte eingeschränkt ist, kann eine Düse verwendet werden, deren Größe an den Steckverbinder angepasst ist. Die Verwendung von Flussmittel bei diesem Vorgang wird empfohlen.

Die wichtigsten Vorteile

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  Geringe Spritzerbildung

  Das Spritzen eines Lötdrahtes wird durch das Verdampfen der im Lötdraht enthaltenen Flussmittelchemie verursacht. Flussmittel, die in die Gasphase übergehen, erzeugen einen Druck, der sich in einem bestimmten Moment in Form einer kleinen Explosion entlädt, die einige heißen Flussmittel- und Legierungsspritzern mit sich mitnehmen kann. Diese Spritzer sind unerwünscht, da sie Verschmutzungen und sogar Kurzschlüsse auf dem elektronischen Gerät verursachen können. Insbesondere bleifreie Lötdrähte sind für dieses Phänomen empfindlich, da sie einen hohen Schmelzpunkt haben. Das bedeutet, dass die Temperatur, die sie erreichen müssen, um in den flüssigen Zustand überzugehen, hoch ist, und je höher die Temperatur ist, desto höher ist auch der Dampfdruck des verdampfenden Lötflussmittels. Einige Lötdrähte wurden speziell entwickelt, um dieses Spritzerphänomen zu minimieren. Diese Drähte sind sehr interessant für das Löten mit Robotern und für Laserlötverfahren, bei denen Spritzerbildung ein bekanntes Problem ist. Aber auch für das normale Handlöten von elektronischen Geräten kann ein Lötdraht mit geringen Spritzeigenschaften interessant sein.