Die Null-Fehler-Strategie: Den Lötprozess zuverlässiger machen

Ein automatisch kontrollierter Lötprozess ist ein wichtiger Schritt zur Sicherung der Produktionsqualität auf dem Weg zur Null-Fehler-Fertigung, wie Heike Schlessmann, Marketing Manager der SEHO Systems GmbH, im Folgenden erklärt.

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Automatische Flussmittelmengenmessung im konventionellen Wellenlötprozess

Ziel im Qualitätsmanagement jeder Elektronikfertigung ist ein fehlerfreier Produktionsprozess, in dem die einzelnen Prozessschritte reproduzierbar sind. Denn die manuelle Nacharbeit ist nicht nur zeitintensiv und teuer, häufig ist sie auch nicht mehr zulässig.

Unter den automatisierten Lötprozessen gilt der Selektiv-Lötprozess als besonders anspruchsvoll. Aber auch der Wellen-Lötprozess steht, bedingt durch die wachsende Komplexität der Baugruppen, vor immer neuen Herausforderungen. Die variablen Parameter wie beispielsweise die Flussmittelmenge, Vorheiztemperatur oder die Benetzungszeit und Lottemperatur haben einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität einer Lötstelle.

Typische Lötfehler

Lötbrücken sind eine der Hauptursachen für fehlerhafte Baugruppen, und hierfür können unterschiedliche Faktoren ursächlich sein. Bei bleifreien Prozessen trägt das geringere spezifische Gewicht der Lotlegierung zu einem veränderten Fließverhalten bei. Aber auch ein ungenügender Flussmittelauftrag oder ein nicht ausreichender Vorheizprozess kann Lötbrücken verursachen.
Schlechte Lotdurchstiege sind häufig auf eine ungenügende Wärmebilanz zurückzuführen. Eine zu geringe Flussmittelmenge kann aber ebenfalls die Ursache für diesen Defekt sein.

Dies sind nur einige wenige Beispiele für mögliche Lötfehler. Oft stehen sie im Zusammenhang mit dem Flussmittelauftrag oder Wärmeeintrag beim Vorwärmen der Baugruppen oder während des Lötprozesses. Es ist also durchaus sinnvoll, diese Prozessschritte zu überwachen und zu kontrollieren.

Der Flussmittelauftrag

Das Flussmittel macht im Grunde genommen den nachfolgenden Lötprozess überhaupt erst möglich. Es löst die vorhandene Oxidschicht und verhindert eine erneute Oxidation, sodass eine Benetzung stattfinden kann. Es muss also ausreichend Flussmittel an die zu lötenden Stellen gebracht werden, um einen optimalen Lotdurchstieg zu erhalten. Andererseits sollen keine nennenswerten Rückstände auf der Leiterplatte verbleiben, da diese zu deutlichen Qualitätseinbußen bis hin zum Ausfall des Produkts führen können. Flussmittelüberwachungssysteme sind daher essenziell.

Neueste Systeme basieren auf einer Mengen- oder Volumenüberwachung während des Flussmittelauftrags, sowohl bei Selektivprozessen als auch bei konventionellen Wellenlötprozessen, und garantieren konstante Prozessbedingungen ohne Einfluss auf die Taktzeit. Während des Prozesses wird hier die tatsächlich aufgetragene Flussmittelmenge gemessen. Stellt das System eine Abweichung zum voreingestellten Sollwert fest, wird eine Fehlermeldung ausgegeben und gegebenenfalls der Einlauf für nachfolgende Baugruppen gesperrt.

Überwachung des Vorheizprozesses

Die Überwachung der Vorheizung ist erforderlich, um definierte Temperaturprofile zu erhalten, die wiederum für die Aktivierung des Flussmittels notwendig sind.
In Wellenlötprozessen sorgen neue Strahlersysteme, die sich durch eine sehr schnelle Reaktionsfähigkeit dafür auszeichnen, dass sich ein großer Baugruppenmix und hohe Produktionsvolumen nicht länger ausschließen. Abhängig von der thermischen Masse der zu bearbeitenden Baugruppen kann die Wärme der Atmosphäre innerhalb der Maschine aber einen großen Einfluss auf das Temperaturprofil haben.

So könnte beispielsweise eine massearme Baugruppe zu stark aufgeheizt werden, wenn sie nach einer großen Serie von massereichen Baugruppen mit entsprechend hoher Heizleistungseinstellung die Anlage durchläuft, da sich die Temperatur im Tunnel zwangsläufig im Volllastbetrieb aufheizt. Um ein konstantes Temperaturprofil zu erreichen, erfassen zusätzliche Temperatursensoren in der Wellenlötanlage kontinuierlich den Zustand der Atmosphäre und messen den Einfluss auf die Leiterplatte.

Mit dieser zusätzlichen Regelung führt eine hohe Temperatur innerhalb der Anlage zu einer Absenkung der Strahlungsleistung für das in diesem Bereich laufende Produkt. Dadurch wird die für das jeweilige Produkt resultierende Vorwärmtemperatur unabhängig vom Anlagenzustand sehr konstant gehalten.