Von Timothy O'Neill
Bei der Leiterplattenbestückung werden Millionen von Lötstellen mit großer Präzision hergestellt, weshalb intermittierende Lötfehler besonders frustrierend sein können. Häufig wird angenommen, dass Lötmaterialien wie Lötpaste und Flussmittel die Hauptursache für diese Probleme sind. Aber ist das Lötzinn immer schuld daran?
In diesem Artikel untersuchen wir eine reale Fallstudie und beleuchten die Bedeutung einer genauen Diagnose und der Zusammenarbeit mit den Anbietern.
Verständnis von Lötfehlern
Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass bei einem Lötfehler das Lötmaterial die Schuld trägt. Glücklicherweise ist die Lötpaste kein intelligentes Wesen, das selektiv Fehler verursachen kann. Lötpaste ist im Wesentlichen ein passives Material, das den Anweisungen folgt, die ihm während des Montageprozesses gegeben werden.
Lötfehler können auf verschiedene Faktoren zurückzuführen sein, z. B. auf die Einrichtung der Geräte, die Umgebungsbedingungen, die Eigenschaften der Bauteile und die Handhabungsprozesse. Daher ist eine sorgfältige Prüfung des gesamten Lötprozesses unerlässlich. Dazu gehört die Überprüfung der Druckereinrichtung, der Pick-and-Place-Probleme, der Leistung des Reflow-Ofens und anderer relevanter Parameter.
Fallstudie: Intermittierende Probleme mit der Lötbarkeit
Im folgenden Szenario ist ein Leiterplattenbestücker auf ein Problem mit der intermittierenden Lötbarkeit einer bestimmten Komponente in der Leiterplattenbestückungslinie gestoßen.
Besonders frustrierend war, dass das Problem nur sporadisch auftrat. Manchmal trat das Lötbarkeitsproblem auf, was zu Unterbrechungen führte, aber es konnte an der Nacharbeitsstation repariert werden. Dies führte zwar nicht zu einem völligen Stillstand der Produktionspläne, aber es verursachte zusätzliche Arbeit, verschwendete Zeit und ließ Zweifel an der Gesamtqualität der Baugruppen aufkommen.
Um das Problem zu diagnostizieren, besuchte der Außendiensttechniker des Lötmittelherstellers das Unternehmen mehrfach. Doch jedes Mal, wenn der Techniker vor Ort war, trat das Problem nicht auf, so dass das Team ratlos war. Diese Fälle machten deutlich, wie schwierig es ist, intermittierende Probleme zu diagnostizieren und wie komplex die Ursachenanalyse ist.
Checkliste für die Untersuchung von intermittierenden Lötbarkeitsproblemen
Die folgende Checkliste kann bei den ersten Ermittlungen helfen:
Checkliste für die Einrichtung des Siebdruckers:
- Prüfen Sie, ob der Siebdrucker waagerecht und lotrecht steht.
- Achten Sie darauf, dass die Schienen des Siebdruckers parallel zueinander und zum Boden verlaufen.
- Überprüfen Sie, ob das richtige Werkzeug vorhanden ist.
- Prüfen Sie die Sauberkeit der Ausrüstung gründlich.
- Überprüfen Sie den Zustand der Schablone auf Beschädigungen oder Verstopfungen.
Pick-and-Place-Verfahren:
- Achten Sie auf die Sauberkeit der Düsen des Bestückungsautomaten.
- Achten Sie darauf, dass keine Verunreinigungen den Pick-and-Place-Prozess beeinträchtigen.
- Überprüfen Sie, ob die Platzierungseinstellungen für die Baugruppe und die Komponenten optimiert sind.
Leistung des Reflow-Ofens:
- Prüfen Sie, ob die Heizelemente des Reflow-Ofens defekt sind.
- Überprüfen Sie die Gebläsemotoren auf etwaige Probleme.
- Überprüfen Sie mit einem Profiler, ob der Reflow-Ofen ordnungsgemäß funktioniert.
Wenn diese Faktoren ausgeschlossen sind, kann die Aufmerksamkeit auf andere Faktoren gelenkt werden, die dazu beitragen. In der oben erwähnten Fallstudie wurden diese grundlegenden Faktoren untersucht, aber keiner von ihnen wurde als Ursache für das Problem der intermittierenden Lötbarkeit identifiziert.
Tiefer gehen: Untersuchung von Komponenten, Umgebung und Prozesseinstellungen
Der nächste Schritt besteht darin, die Eigenschaften und das Verhalten aller am Problem beteiligten Komponenten sowie die Umweltfaktoren und Prozesseinstellungen zu untersuchen.
Interne Behandlung der problematischen Komponente
Die interne Handhabung bezieht sich auf die Art und Weise, wie ein Bauteil innerhalb der Produktionsstätte gelagert, gehandhabt und transportiert wird. Ziel ist es, mögliche Fehlbehandlungen zu erkennen und dann zu korrigieren.
Umweltfaktoren
Umweltfaktoren wie Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, insbesondere in Regionen mit extremen Klimabedingungen, können den Lötprozess beeinträchtigen. In der Fallstudie wurde die Produktionsumgebung angemessen kontrolliert, und obwohl es in der Anlage saisonale Schwankungen bei Temperatur und Luftfeuchtigkeit gab, standen diese Bedingungen nicht mit dem Problem der Lötbarkeit in Zusammenhang.
Reflow-Profil-Optimierung
Die Optimierung des Reflow-Profils umfasst die Feinabstimmung des Reflow-Prozesses zur Anpassung an die spezifischen thermischen Eigenschaften der Baugruppe. Durch die Optimierung des Reflow-Profils können Probleme wie die Verlagerung von Rückständen, die Beseitigung von Lötlöchern und eine verbesserte Benetzung angegangen werden. In der Fallstudie wurde das Reflow-Profil von einem SMTA-zertifizierten Ingenieur unter Verwendung der neuesten Profildatenerfassungstechniken optimiert. Durch diese Optimierung wurde sichergestellt, dass der Reflow-Prozess innerhalb der empfohlenen Parameter lag.
Prüfung der Benetzungsbilanz
Die Benetzungsbilanzprüfung wird zur Bestimmung der Lötbarkeit von Bauteilen verwendet. Der Test kann jedoch kein Reflow-Profil simulieren und keine subtilen Lötbarkeitsprobleme erkennen, die während eines drei- bis fünfminütigen SMT-Reflow-Profils auftreten können. In der Fallstudie zeigten die vom Komponentenhersteller durchgeführten Benetzungsbalance-Tests keine Mängel an, was die Notwendigkeit zusätzlicher Untersuchungen deutlich machte.
Benetzungsbilanztests bei Lötbarkeitsuntersuchungen
Das schnelle Auftragen von Hochtemperaturlot während der Benetzungsbilanztests kann grobe Lötbarkeitsprobleme aufdecken, aber auch auf dem Bauteil vorhandene Oxide abbauen und damit unbeabsichtigt Defekte verdecken, die während des längeren, heißeren Reflow-Profils auftreten können. Darüber hinaus kann der Reflow-Prozess die Oxidbildung vor dem Löten verschlimmern, wodurch sich etwaige Probleme noch verschlimmern können.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurden die vom Kunden gelieferten Bauteile fünf Minuten lang bei 125 °C eingebrannt, um die Reflow-Behandlung nachzuahmen. Nach dieser Behandlung wurden die Bauteile einer Benetzungsbilanzprüfung unterzogen.
Die Ergebnisse des Backvorgangs waren sofort ersichtlich - die Bauteile löteten nicht richtig, nachdem sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt waren. Diese Prüfung wurde an mehreren Bauteilchargen wiederholt, und jedes Mal wurde dasselbe Lötbarkeitsproblem beobachtet, das mit dem beim Kunden festgestellten Verhalten übereinstimmte. Die Beweise ermöglichten es dem Assembler, dem Komponentenlieferanten klare und unbestreitbare Informationen vorzulegen, die ihn zwangen, das Problem anzugehen und für Abhilfe zu sorgen.
Die Bedeutung von Engagement und Geduld bei der Zusammenarbeit mit Anbietern
Die Lösung von Lötproblemen kann eine Herausforderung sein, die oft durch widersprüchliche Ratschläge von mehreren am PCB-Bestückungsprozess beteiligten Anbietern erschwert wird. Dies kann dazu führen, dass sich Hersteller unsicher und überfordert fühlen.
Es ist von entscheidender Bedeutung zu erkennen, dass die Anbieter eine zentrale Rolle bei der effektiven Lösung von Lötproblemen spielen. Sie verfügen über wertvolles Fachwissen, Einblicke und Produktkenntnisse, die zur Lösungsfindung beitragen können. Anstatt widersprüchliche Ratschläge als Hindernis zu betrachten, sollten sie als Chance für eine sinnvolle Zusammenarbeit und Problemlösung gesehen werden.
Engagement, Geduld und Unterstützung durch den Hersteller sind der Schlüssel zur Lösung von Lötproblemen. Die Wahl von Anbietern, die ihre Produkte aktiv unterstützen und sich für die Unterstützung der Kundenprozesse einsetzen, ist eine kluge Entscheidung, die zu einer effektiven Lösung führen kann.