Rolf L. Diehm, SEHO Systems GmbH in Kreuzwertheim
Hochtemperaturprozesse sind im jetzigen Stand der Technologie problembehaftet. Aus diesem Grunde wurde das BMBF ‐ Projekt „Microflow“ mit mehreren namhaften Partnern ins Leben gerufen. Die Schwerpunkte für eine neue Fertigungstechnologie waren
- Verringerung der thermischen Belastung während des Lötprozesses
- Erhöhung der thermischen Homogenität bei der Erwärmung während des Lötprozesses
- Verringerung, bzw. Verhinderung von festen und / oder flüsigen Prozessrückständen
- Löten von höherschmelzenden (bleifreien) Loten durch Lötverfahren für Hochtemperaturbaugruppen.
Mit diesen Schwerpunkten sollte es möglich gemacht werden, dass die Verarbeitung preiswerter Materialien, eine Verminderung der Materialbeanspruchung (Verwindung und Verwölbung), eine Integration von elektrischen und optischen Funktionen und eine Verarbeitung von Loten mit Schmelztemperaturen über 250°C möglich gemacht werden kann. Die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Montagetechnik sind z.B. Verarbeitung organischer Funktionsstrukturen, höhere Bauelementendichte verbunden mit kleineren Rastermaßen, Beachtung der Feuchtigkeitsaufnahme, und Verarbeitung spezieller Reaktionslote, die eine größere Verweildauer in der Peak-Zone erfordern.
Die gesuchte Lösung ist die Erwärmung mit elektromagnetischen Wellen und dadurch Entlastung der Baugruppe durch eine selektive Erwärmung. Zur Verdeutlichung dieser neuen Mikrowellentechnologie werden alle Reflow-Technologien verglichen und dabei die Erwärmung des Bauteiles und der Lötstelle graphisch gegenübergestellt. Die ersten Versuche mit einer Haushaltsmikrowelle im Frequenzbereich von 2,45 GHz brachten mäßige Erfolge. Erst mit der Freigabe des Frequenzbereiches 5,86G Hz wurden Erfolge erzielt.
Während in der Wärmekonv ektion der heutigen Anlagen die Wärme an der Fügestelle von Außen nach Innen gelangt, ist durch die Mikrowellentechnologie der Wärmetransport von Innen nach Außen. Die Mikrowellenverträglichkeit von Leiterplatten und Bauelementen wurde erfolgreich nachgewiesen. Das Problem bestand in der Entwicklung eines Materials zur Einkopplung der Mikrowelle.
Wichtigster Bestandteil der Lotpaste sind die richtigen Lösungsmittel mit entsprechendem Siedepunkt und die Suszeptoren, die die Einkopplung der Mikrowellenstrahlung ermöglichen. Auf den gezeigten Bildern ist das unterschiedliche Umschmelzverhalten ohne und mit Suszeptoren deutlich zu erkennen. In der Anlagentechnik, zu der einige Bilder gezeigt werden, wird eine kombinierte Reflow- Mikrowellenanlage favorisiert. Hierbei werden die bisher verwendeten Vorheizzonen beibehalten und nur im Peak-Bereich wird dann die Mikrowellenstation verwendet. Versuchsergebnisse werden mit Bildern vorgestellt (siehe Vortragsfolien). Zusammenfassend kann gesagt werden:
- Eine selektive und simultane Erwärmung durch Mikrowellen ist möglich
- Die erforderlichen Suszeptoren ermöglichen das vollständige Schmelzen des Pastendepots
- Rückstände können vermieden werden
- Die Schmelztemperaturen der üblichen Weichlote werden erreicht
- Bauelemente und die Leiterplatten werden deutlich weniger erwärmt
- Trotzdem sind weitere Untersuchungen für kritische Bauelemente und Funktions-strukturen notwendig
- Die Lotpasteneigenschaften müssen weiter optimiert werden.
Das BMBF-Projekt ist abgeschlossen, der Bericht ist in Buchform erhältlich. Weitere Innovationen in der Anlagentechnik sind die Gewähr für Qualität in der Fertigung. So wurde der Nachteil der Doppelwellentechnologie erkannt und der Einwellentechnik der Vorzug gegeben, wobei die Ausbildung der Düsen ein maßgebender Faktor ist. Zur Einsparung von Schutzgas während des Lötprozesses wird eine Anlage mit Komplett-Tunnel empfohlen.
Ein Abkühlmanagement ist für die Güte der Fügestelle unerlässlich. Im Selektivlö tbereich werden durch die Ausformung der Düsen bessere Ergebnisse in der Wärmeübertragung und der Verminderung der Lotperlen erreicht. Gerade für KMUs bietet sich die Doppellötanlage an, auf der parallel bleifreie und bleihaltige Lötvorgänge möglich sind. Dem Void-Problem wird im Gegensatz zu Anlagen mit Vakuumtechnik mit einem gezielten Einsatz von Überdruck begegnet.
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