Beeinflussung der Qualität und Kostenstruktur im Selektiv-Lötprozess durch das Baugruppen-Layout und Lötdüsen-Design Beeinflussung der Qualität und Kostenstruktur im Selektiv-Lötprozess durch das Baugruppen-Layout und Lötdüsen-Design Rainer Bogen – Vertriebsleiter SEHO Systems GmbH

SEHO Daten und Fakten gegründet 1973 eigentümergeführt für mehr Flexibilität und Kreativität für unser Kunden Hauptsitz und Fertigung in Deutschland 160 Mitarbeiter weltweit Tochtergesellschaften und Büros: -SEHO North America, Inc. -SEHO UK Ltd. -SEHO Office Mexico

SEHO verfügt über hervorragend geschulte Vertriebs- und Servicemitarbeiter in jedem industrialisierten Land weltweit SEHO UK SEHO North America SEHO Headquarter Germany SEHO Office Mexico SEHO Organisation Australia Austria Belgium Brazil Bulgaria China Croatia Czech Rep. Denmark France Hong Kong Hungary India Israel Italy Korea Malaysia Mexico Netherlands New Zealand Norway Philippines Poland Romania RSA Russia Serbia Singapore Slovenia Slowak Rep. Spain Sweden Taiwan Turkey UK USA spare parts supply location training center Tunesia Israel India Singapore HongKong Shanghai

Innolot BMBF-Projekt Herstellung und Verarbeitung innovativer Lote hotEL BMBF-Projekt Hochtemperaturlöten für KFZ- Technik Microflow BMBF-Projekt Mikrowellenlöten LIVE BMBF-Projekt Lebensdauer von Lötstellen Nano Flux Flussmittel mit nanochemischen aktiven Metallverbindungen Backside Reflow Oberseitenheizung und Unterseitenkühlung DVS Projektarbeit Allgemeine Verbindungstechnik DIN Weichlöttechnik Allgemeine Verbindungstechnik Pro UFP Kontaktierungsverfahren und Prozesstechnik für Ultra-Fine-Pitch-Baugruppen HPL Hyperpneumatisches Lötverfahren Die Zukunft schon heute... mit SEHO SEHO ist aktiv in verschiedene Forschungsprojekte mit Universitäten, Industriepartnern und der Regierung eingebunden ca. 7 % des jährlichen Umsatzes werden in F&E investiert

WellenlötenReflowlöten ausgezeichnet mit dem Global Technology Award 2006 Selektivlöten Kleine FertigungsserienGoWave 1030GoReflow 1.8 GoReflow 2.3 GoSelective light Mittlere Fertigungsserien PowerWave 3.0 PowerWave 4.0 GoReflow 2.3 PowerReflow 2.4 GoSelective-1-Inline PowerSelective RTH 3700 Grosse Fertigungsserien PowerWave 4.0 MaxiWave 2300 C MWS 2300 MaxiReflow 3.0 MaxiReflow 3.6 GoSelective-2 PowerSelective MWM 3250 HSS 3235 SEHO – Innovative Lötsysteme

Beeinflussung der Qualität und Kostenstruktur im Selektiv-Lötprozess durch das Baugruppen-Layout und Lötdüsen-Design Beeinflussung der Qualität und Kostenstruktur im Selektiv-Lötprozess durch das Baugruppen-Layout und Lötdüsen-Design

Typische Problematik im Selektiv-Lötprozess fehlende Freiräume um die Lötstelle(n) schlechte oder fehlende Durchstiege Lötbrücken Lotperlen

dicht bestückte, Mehrlagen-Baugruppen und miniaturisierte, hochpolige Fine Pitch Bauelemente können nicht effizient und mit hoher Qualität repariert werden bleifreie, manuelle Reparatur-Lötprozesse können thermische Probleme verursachen Forderung nach reproduzierbaren Fertigungsprozessen manuelle Reparatur-Prozesse sind zeit- und kostenintensiv „versteckte Kosten“, wie z.B. Produktivitätsraten, Personal- training und Kosten für beschädigte Baugruppen müssen berücksichtigt werden Ziel Null-Fehler Selektiv-Lötprozess Kosten und Qualitätsaspekt bei manuellem Reparaturlöten

Miniwellenlöten mit Einzeldüse alle Lötstellen werden nacheinander bearbeitetfür Schlepp- und TauchlötprozesseTaktzeit: ca. 1 min – 10 min abhängig von Anzahl der Lötstellenermöglicht Löten mit einem Winkelhohe Flexibilität – lange Zykluszeit Miniwellen-Tauchlöten mit Mehrfachdüsen alle Lötstellen werden gleichzeitig bearbeitetproduktspezifische Lötdüsen-ToolsTaktzeit: ca. 20 – 30 sec.horizontaler Lötprozessgeringe Flexibilität – kurze Zykluszeit beide Prozesse erfordern zumindest teilweise das Einhalten unterschiedlicher Design-Richtlinien Selektiv-Lötprozesse

Baugruppen-Design-Richtlinien

Freiräume um die Lötstelle(n)

Negativ-Beispiele

Freiräume um die Lötstelle(n) Miniwellenlöten mit EinzeldüseTauchlöten mit Mehrfachdüsen minimaler Außendurchmesser einer Lötdüse: 5 x 8 mm minimaler Außendurchmesser einer Lötdüse: 4 mm D O = 4 mm D I = 3 mm D F = 5 mm 8 mm 5 mm D O = 4 mm D I = 3 mm D F = 6 mm

D O = 4 mm D I = 3 mm D F = 5 mm 8 mm 5 mm Freiräume um die Lötstelle(n) minimal erforderliche Freiräume zu benachbarten Bauteilen oder nicht zu benetzenden Lötaugen Miniwellenlöten mit Einzeldüse > 3.0 mm > 14 mm > 11 mm Tauchlöten mit Mehrfachdüsen > 5.0 mm> 2.0 mm > 8 mm D O = 4 mm D I = 3 mm D F = 6 mm > 2.0 mm > 8 mm

Freiräume um die Lötstelle(n) Miniwellenlöten mit Einzeldüse: Ausrichtung von SMD-Bauelementen  parallele Ausrichtung Inline Ausrichtung Vorteil: wenn das benachbarte, reflow- gelötete Bauelement während des Selektivprozesses benetzt werden sollte, wird es nicht unmittelbar weg geschwemmt soldering direction

nicht benetzbare Lötdüsenbenetzbare Lötdüsen Lotfluss:einseitig gerichteter LotabflussLot fließt über gesamten Kegel abBaugruppe wird zur Lötdüse Baugruppe kann beliebig ausgerichtet (drehbarer Greifer)positioniert seinPinreihen mit Raster < 2,54 mmPinreihen mit Raster mind. 1,27 mm müssen im Winkel gelötet werdenkönnen ohne Winkel gelötet werden Wartung:Lötdüsen sind wartungsfrei und Lötdüsen sind wartungsintensiv zeigen permanent ein stabiles, (Reinigung einmal pro Schicht reproduzierbares Fließverhaltenmindestens erforderlich)kein Verschleiss der Lötdüsen,Lebensdauer ist begrenzt, insbesond. auch nicht bei bleifreien Lötprozessenbeim Einsatz von bleifreiem Lot Miniwellenlöten mit Einzeldüse - Varianten Freiräume um die Lötstelle(n)

Miniwellenlöten im Schlepp-Lötprozess erfordert die Beachtung des Abstands von der Lötstelle zu einem benachbarten Bauelement auf der Lötseite, das höher ist als 10 mm. Wird mit einem Winkel gelötet, könnten Bauteile, die höher sind als 10 mm an Teile der Düsenbegasung stoßen. Faustregel für Bauteile höher als 10 mm: Bauteilhöhe < Abstand zur Lötstelle Miniwellenlöten mit Einzeldüse: Maximale Höhe benachbarter Bauteile

maximale Bauteilhöhe auf der Lötseite = 14 mm LötdüsenLeiterplatte Freiräume um die Lötstelle(n) Tauchlöten mit Mehrfachdüsen: Maximale Höhe benachbarter Bauteile

Verbesserung des Durchstiegs

Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Layout Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Baugruppen-Layout minimale Pin-Überstände: > 2.5 mm > 2.5 mm längere Bauteilanschlüsse tauchen tiefer in das flüssige Lot ein und verbessern dadurch die Energieübertragung gilt nicht für Miniwellenlöten mit Einzeldüse Tauchlöten mit Mehrfachdüsen: Längere Pin-Überstände

Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Layout Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Baugruppen-Layout Optimales Verhältnis zwischen Pin-Durchmesser und Bohrung D d Faustregel: D = d + 0,2...0,4 mm Verhältnis zu groß:keine Kapillarwirkung Verhältnis zu klein:ungenügender Flussmitteldurchstieg

Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Layout Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Baugruppen-Layout Thermische Entkopplung Positiv-Beispiel: Wärmeenergie wird nicht komplett zu den Leiterbahnen abgezogen, sondern länger am Pad gehalten Negativ-Beispiel: Wärmeenergie wird dem Pad unmittelbar entzogen

Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Layout Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Baugruppen-Layout Vermeidung von Lötstopplack nahe an der Lötstelle Wärmeenergie kann besser am Lötpad gehalten werden hilft auch bei der Ver- meidung von Lotperlen

Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Layout Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Baugruppen-Layout Vergrößerung des Pad-Bereichs... oder ovale Padform hält Wärmeenergie länger an den Pads

Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Layout Verbesserung des Durchstiegs durch geeignetes Baugruppen-Layout Lücke zwischen Bauteilgehäuse und Leiterplatte eine Lücke zwischen dem Bauteilgehäuse und dem Leiterplattenmaterial ist erforderlich, damit das Lot durch die Bohrung steigen und auf der Oberseite einen Meniskus ausbilden kann

Verbesserung des Durchstiegs durch optimales Lötdüsen-Design Tauchlöten mit Mehrfachdüsen: Lötdüsen-Design mit verbessertem Energietransfer fließende Lötwellen: das flüssige Lot wird über ein stabiles Pumpensystem den Lötdüsen kontinuierlich zugeführt das Lot kühlt während der Kontaktphase nicht abkurze „Fließwege“frisches und exakt temperiertes Lot wird kontinuierlich zugeführt - keine Durchstiegsprobleme, selbst bei massereichen Pins - keine Durchstiegsprobleme bei Pins mit Innenlagenanschluss - keine Durchstiegsprobleme bei Pins an den äußeren Kanten Vorteile

Reduzierte Brückenbildung

Reduzierte Lötbrückenbildung Abstand (Pitch) zwischen den Bauteilanschlüssen Miniwellenlöten mit EinzeldüseTauchlöten mit Mehrfachdüsen Raster: > 1,27 mm > 1,27 mm Raster: > 2,54 mm > 2,54 mm erlaubt ein geringeres Raster, da das Abrissverhalten des Lotes, und damit das Risiko einer Brückenbildung, durch den Lötwinkel oder die Verwendung von benetzbaren Lötdüsen beeinflusst werden kann

Reduzierte Lötbrückenbildung Länge der Bauteilanschlüsse Miniwellenlöten mit EinzeldüseTauchlöten mit Mehrfachdüsen Pin-Überstände:ca. 1,0 mmPin-Überstände:> 2,5 mm bewegte Baugruppe und/oder Lötwinkel ver- bessern den Lotabrisskürzere Pin-Überstände können zu einer schlechten Meniskusbildung oder kugel- förmigen Lötstellen führenPin-Überstände von mehr als 2 mm erhöhen die Gefahr einer Brückenbildung der Lotabriss wird durch längere Pin- Überstände verstärkt, Lot wird dabei von der Lötstelle weg gezogen und damit die Gefahr einer Brückenbildung minimiert 1,0 mm > 1,27 mm Schlepp-Lötprozess > 2,5 mm > 2,54 mm Tauch-Lötprozess

Reduzierte Lötbrückenbildung Tauchlöten mit Mehrfachdüsen: Lötdüsendesign mit Debridging Knives Das Board wird über dem Lötbad und der Begasungshaube positioniert. Der heiße Stickstoff kann als zusätzliche Vorheizung genutzt werden. Die Begasungshaube wird über die Software gesteuert nach unten bewegt. Danach geht die Baugruppe in Lötposition. Nach Ablauf der Lötzeit fällt das Lotniveau ab, während die Baugruppe auf ihrer Position bleibt. Die Debridging Knives trennen das Lot.

perfekter Lotabriss, selbst bei Lotlegierungen mit schwierigem Fließverhalten Reduzierte Lötbrückenbildung Tauchlöten mit Mehrfachdüsen: Lötdüsendesign mit Debridging Knives

Minimierung von Lotperlenbildung

Vermeidung von Lötstopplack nahe an der Lötstelle verhindert Anhaften von Lotperlen hält außerdem die Wärme- energie länger am Pad, zur Verbesserung des Durchstiegs Minimierung von Lotperlenbildung

gerichteter Lotfluss und zusätzliche Abdeckung zur Vermeidung von Lotperlenbildung Minimierung von Lotperlenbildung Tauchlöten mit Mehrfachdüsen: Innenfließende Lötdüsen Ablaufblech zusätzliche Abdeckung

Fehlerbeseitigung... wenn das Baugruppen-Layout nicht verändert werden kann

ungenügenderzu wenig Flussmittel Durchstieg >Teachposition über Fluxer fehlerhaft: Feinabgleich >Flussmittelmenge zu gering: Fluxzeit erhöhenWärmezufuhr nicht ausreichend >x-, y- oder z-Wert über der Lötwelle nicht exakt eingelesen: Feinabgleich >Vorheizleistung und/oder Vorheizzeit erhöhen >Lötzeit erhöhennicht ausreichende Lötfähigkeit der Verbindungspartner >höher aktiviertes Flussmittel einsetzen Selektiv-Lötprozess: Fehlerbeseitigung

Brückenbildungkein optimaler Abriss der Lötwelle >in einer anderen Richtung aus der Lötwelle fahren >Lötwinkel erhöhenzu wenig Flussmittel >Teachposition über Fluxer fehlerhaft: Feinabgleich >Flussmittelmenge zu gering: Fluxzeit erhöhenWärmezufuhr nicht ausreichend >Teachposition über Lötwelle fehlerhaft: Feinabgleich >Vorheizleistung und/oder Vorheizzeit erhöhen >Lötzeit erhöhen ZapfenbildungWärmezufuhr nicht ausreichend >Teachposition über Lötwelle fehlerhaft: Feinabgleich >Vorheizleistung und/oder Vorheizzeit erhöhen >Lötzeit erhöhenzu wenig Flussmittel >Teachposition über Fluxer fehlerhaft: Feinabgleich >Flussmittelmenge zu gering: Fluxzeit erhöhen Selektiv-Lötprozess: Fehlerbeseitigung

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