Aus technologischer und qualitativer Sicht lassen sich die vollständigen Fähigkeiten eines SMT- (Surface-Mount-Technology-) Bestückers erkennen und beurteilen, wenn man die Schlüsselelemente im SMT-Bestückungsprozess betrachtet. Angesichts eines derart komplexen Prozesses ist es schließlich nahezu unmöglich, jedes einzelne Fertigungsdetail zu prüfen, und es wäre riskant, sich ausschließlich anhand der Endprodukte ein vollständiges Bild von den Fähigkeiten Ihres Fertigungsdienstleisters zu machen. Daher vermittelt dieser Artikel ausreichend Wissen zur Bewertung der SMT-Qualität eines Leiterplattenbestückers, sodass Sie prüfen können, ob die in dieser Fabrik bestückten Leiterplatten Ihrem geforderten Standard entsprechen.
Zu den Schlüsselelementen bei der Bewertung der SMT-Bestückungsqualität gehören die Qualität des Lotpastendrucks, die Reflow-Qualität, die Bauteilplatzierung, die Vermeidung manueller Platzierung, die Fähigkeiten zur Berechnung und Anpassung der Schablonendicke, die Größe der Öffnungen sowie moderne, aktuelle Ausrüstung und Messinstrumente. Unter diesen Elementen ist die Qualitätskontrolle des Lotpastendrucks der wichtigste Faktor. Wenn die Lotpaste schlecht gedruckt ist, wird die Qualität Ihrer Leiterplatten unweigerlich gering sein, selbst wenn die Bauteilbestückung präzise erfolgt und die Reflow-Temperatur korrekt angepasst wurde. Schließlich steht eine nicht normgerechte Menge gedruckter Lotpaste in engem Zusammenhang mit der Lötqualität. Was andere Elemente zur Bewertung der Fähigkeiten eines SMT-Bestückers betrifft, so ist die Genauigkeit des Bestückungsautomaten in der Regel fest vorgegeben, und die Anpassung der Reflow-Temperaturkurven hängt eng mit dem Wissen der Ingenieure und deren Fertigungserfahrung zusammen. Nur wenige besondere Anpassungen sind erforderlich, da die Schäden, die durch die Schmelztemperatur der Lotpaste und durch zu große Wärmeeinwirkung auf das Material entstehen, inzwischen vollständig verstanden sind.
Dann folgen die Methoden zur Bewertung und Sicherstellung der Kompatibilität der Lotpastendruckqualität. Die Lotpastendruckqualität umfasst hauptsächlich zwei Aspekte der Leistungsfähigkeit: die Fähigkeit zur Verwaltung der Lotpastenqualität und die Leistungsfähigkeit des Lotpastendrucks.
Verwaltung der Lötpastenqualität
Hochwertige Lötpaste hängt von ihrer Marke und ihrem Frischegrad ab. Der Frischegrad der Lötpaste muss ab dem Zeitpunkt des Aufwärmens, des Öffnens der Dose und des Rührens nachverfolgt werden. Verschiedene Hersteller halten sich an unterschiedliche Vorschriften, die festlegen, dass Lötpaste innerhalb eines bestimmten Zeitraums aufgebraucht werden muss, da sie sonst oxidiert, was beim Reflow-Löten zu unzureichenden Lötverbindungen führt. Darüber hinaus muss die auf der Schablone aufgetragene Lötpaste streng verwaltet werden.
Es wird empfohlen, Lötpaste bei niedriger Temperatur zu lagern, um ihre Aktivität zu erhalten. Vor der Verwendung ist ein Aufwärmen (in der Regel über 4 Stunden) erforderlich, um zu verhindern, dass ihre Temperatur nicht mit der Raumtemperatur übereinstimmt. Wenn die Temperatur stark schwankt, bildet sich Wassertropfen auf der Oberfläche der Lötpaste, wodurch es während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu Spritzern kommt.
Darüber hinaus sollten Sie auch Fragen untersuchen wie etwa, wie die im Schablonendruck aufgetragene Lotpaste verarbeitet wird, wie die Lotpaste zeitlich gesteuert wird und wie die bereits in der ursprünglichen Schablone aufgetragene Lotpaste gehandhabt und kontrolliert wird, wenn die Schablone geändert wird.
Ein weiterer Punkt, der sorgfältig untersucht werden muss, ist der Zeitpunkt, zu dem die erste Charge Lotpaste aufgewärmt wird, insbesondere für Leiterplattenbestücker (PCB-Assembler), die nicht rund um die Uhr produzieren. Da die SMT-Linie erst dann zu arbeiten beginnt, wenn die Lotpaste vollständig aufgewärmt ist, lassen einige Fertigungsbetriebe die Paste bereits 4 Stunden früher oder sogar einen Tag vorher aufwärmen, um Zeit zu sparen und die Effizienz der SMT-Linien zu verbessern. Es ist wichtig zu wissen, dass die Aktivität der Lotpaste stark abnimmt, wenn der Aufwärmprozess einen Tag vor der Verwendung stattfindet. In der Praxis werden professionelle Leiterplattenbestücker die Lotpaste auf jeden Fall verwerfen, wenn das Aufwärmen mehr als 12 Stunden vor ihrer Verwendung erfolgt ist.
Lötpasten-Druckfähigkeit
Hinsichtlich der Überprüfung der Lötpastendruckfähigkeit sollten Leiterplatten mit Fine-Pitch-BGAs (0,4 mm oder 0,5 mm) für die Inspektion ausgewählt werden. Auf derselben Leiterplatte sollte der Lötpastendruck fünf- bis zehnmal wiederholt werden, und jedes Druckergebnis ist unter dem Mikroskop zu prüfen, um festzustellen, ob Probleme wie Kurzschlüsse (Bridging) oder Verschiebungen auftreten.
FürSMT-HerstellerMit einem eigenen SPI (Solder Paste Inspector) kann die Menge (das Volumen) der Lotpaste gemessen werden.
Darüber hinaus ist die Schablonenreinigung ebenfalls ein Faktor, der die Qualität des Lotpastendrucks beeinflusst. Da das Austreten von Lotpaste in der Regel durch langfristiges Drucken verursacht wird und zu Kurzschlüssen (Bridging) führen kann, sollte die Schablone in regelmäßigen Abständen mit fusselfreiem Tuch oder mittels Ultraschall gereinigt werden, um ein Verstopfen der Öffnungen zu vermeiden.
Die Verwaltung der Lotpastenqualität und die Fähigkeit zum Lotpastendruck stehen im Mittelpunkt der Inspektion des SMT-Bestückungsprozesses. Natürlich umfasst die eigentliche Lotpastendrucktechnik weitaus mehr Punkte, die in die folgenden Aspekte zusammengefasst werden können:
a.Lötpaste
Lötpaste besteht hauptsächlich aus Zinnpulver (Metalllegierungspulver einschließlich Sn, Ag, Cu, Bi) und Flussmittel, deren Volumenanteile jeweils 50 % betragen. Es ist notwendig, eine geeignete Lötpaste auszuwählen, die mit den Anforderungen Ihrer Produkte kompatibel ist. Darüber hinaus kann Zinnpulver mit unterschiedlichen Nummern klassifiziert werden. Je größer die Nummer, desto kleiner die Partikel. Im Allgemeinen wird Nr. 3 Zinnpulver für SMT verwendet, während Nr. 4 Zinnpulver für Fine-Pitch- oder kleine Lötpad-Bestückung eingesetzt wird.
b.Schablone
Stahl wird in der Regel als Material für Schablonen verwendet, da er den Vorteil hat, nicht einzustürzen und eine hohe Festigkeit aufzuweisen. Öffnungen in Stahl werden im Allgemeinen auf drei führenden unterschiedlichen Methoden basierend hergestellt: Ätzen, Laserschneiden und Galvanoplastik, die jeweils unterschiedliche Kosten verursachen. Im Hinblick auf Produkte mit Fine-Pitch-ICs,Lasergeschnittene Schablonewird empfohlen, da die Aperturwände durch Laserschneiden gerader und sauberer sind. Trotz der hervorragenden Leistung von galvanisch hergestellten Schablonen ist ihre Wirkung begrenzt und der Preis ist relativ hoch.
Dicke der Schablone und Größe der Öffnungen beeinflussen maßgeblich die Qualität des Lotpastendrucks und der Reflow-Lötung. Grundsätzlich liegt der entscheidende Kontrollpunkt im Zinnvolumen, da die Menge der Lotpaste mit der letztlich benötigten Lötmenge übereinstimmen muss. Theoretisch gilt: Je kleiner das SMD-Bauteil ist, desto dicker muss die Schablone sein. Es ist jedoch zu beachten, dass die Kontrolle der Zinnmenge umso schwieriger wird, je dünner die Lotpaste ist. Im Allgemeinen liegt die Dicke einer Standardschablone im Bereich von 0,12 mm bis 0,15 mm. Bei Fine-Pitch-Bauteilen (0201 oder 01005) wird eine Schablone mit einer Dicke von unter 0,1 mm benötigt.
Einstellen und Ändern der Parameter für den Siebdruck
a.Druck der Schaberklinge
Eine geringfügige Änderung des Rakeldrucks führt zu enormen Veränderungen beim Lotpastendruck. Ist der Rakeldruck zu niedrig, fällt die Lotpaste nicht bis zum Boden der Schablonenöffnungen und wird nicht effektiv auf das Pad übertragen. Ist der Rakeldruck zu hoch, wird die Lotpaste zu dünn oder die Schablonen werden sogar beschädigt. Der optimale Zustand ist erreicht, wenn die Lotpaste vollständig von der Oberfläche der Schablone abgerakelt wird.
b.Druckstärke
Die Druckdicke hängt weitgehend von der Dicke der Schablone ab. Eine leichte Anpassung der Lotpastendruckdicke kann durch Änderung der Rakelgeschwindigkeit und des Rakeldrucks erreicht werden. Eine geeignete Verringerung der Rakelgeschwindigkeit führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Lotpastemenge auf der Leiterplatte.
c.Schablonenreinigung
Im Prozess des Lötpastendrucks sollte die Schablone jeweils nach dem erfolgreichen Bedrucken von 10 Leiterplatten gereinigt werden, um Ablagerungen an der Unterseite der Schablonen und verstreute Lötpaste zu entfernen. In der Regel wird wasserfreier Alkohol als Reinigungsmittel verwendet.
Um eine wirklich hohe SMT-Fertigungsqualität zu erreichen, müssen Untersuchungen und Analysen für jedes Fertigungsglied und jeden Schlüsselelement durchgeführt werden, damit wirksame Kontrollmethoden ermittelt werden können. Unter den führenden Gliedern in derSMT-Montageprozessist der Lotpastendruck am wichtigsten. Solange angemessene Parameter festgelegt und die entsprechenden Zusammenhänge zwischen ihnen beherrscht werden, kann letztendlich ein hochwertiger Lotpastendruck erzielt werden.
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Hilfreiche Ressourcen
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•Wie man einen Leiterplattenhersteller oder einen Leiterplattenbestücker bewertet
Artikel verfasst von Dora Yang, Ingenieurin bei PCBCart, ursprünglich veröffentlicht in der März‑Ausgabe 2017 des SMT Magazine.
