- Sicherheitsmaßnahmen zur Erhöhung der Qualität beim Platzieren von Bauteilen wie QFPs, SOPs, SOJs, QFJs, BGAs und CSPs in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Medizinindustrie erfordern besser und genauer definierte Prozessfenster bezüglich der Koplanarität bei der Bestückung.
Bestückungsqualität erhöht
Ein möglicher Defekt aufgrund gebogener Anschlussbeine oder herausragender Lötkugeln ist schwer oder nicht über AOI Systeme oder Tester zu erkennen. Röntgengeräte sind aufwendig und für einen Inlinebetrieb noch zu langsam.
Es bleiben, wenn keine genügend gute konstante Koplanaritätsqualität erreicht wird, die Möglichkeiten, offline oder in der Bestückungsmaschine selbst zu kontrollieren. Eine Messung der Koplanarität offline kann letztendlich nur der Bauteilehersteller selbst vor dem Gurten durchführen. Der Onlinecheck in der Bestückungsmaschine bietet den Vorteil, dass das Bauteil nicht zusätzlich noch einmal gehandelt werden muss. Der Trend zur Miniaturisierung sowie höherer Packungsdichte und damit exponentiell höherer Funktionalität hält weiter an und macht eine zunehmende Vielfalt an Verarbeitungstechniken notwendig, insofern müssen Hersteller und Anwender intensiver zusammenarbeiten, um kostengünstige Lösungen zu finden und damit Wettbewerbsvorteile zu schaffen. Zusätzlich bedürfen alte Praktiken einen Neuansatz und damit Umdenken der bisherigen Qualitätsstandards. Koplanarität hat viele Auslegungen, aber für die SMT Bauteile bedeutet es, dass alle Bauteilbeinchen, Lotbälle oder andere Kontakte in relativer Verbindung mit der Leiterplatte oder des Substrates sein müssen. Bereits minimale Verbiegungen kann zu fehlerhaften Lötstellen führen. Doch ist die Koplanarität wesentlich komplexer, da sie nicht nur vom Bauteil abhängig ist. Folgende Variablen können eine Koplanarität beeinflussen:
· Horizontale Leiterplatten- oder Substratdurchbiegung
· Bauteil Lead/Ball Höhe
· Temperatur
· PCB Registrierung in der Maschine
· Höhe des Lötpastenauftrages
· Parallelität der Bauteilbeinchen zur Bauteiloberfläche
· Parallelität der Bestücknozzlen zur Leiterplattenoberfläche.
Der Anwender teilt die Probleme in die vier Kategorien ungelötete Bauteilverbindungen, Lötballe, Lötbrücken und abweichende Platzierung. Um die 4 Probleme in den Griff zu bekommen, ist die ideale Lösung die Anwendung eines Röntgengerätes für alle Leiterplatten mit allen Verbindungen. Speziell im Falle von BGAs sind Röntengeräte ideal und auch die einzige sichere Methode in der Aufspürung von Defekten. Aufgrund der hohen Kosten und vor allem der Geschwindigkeit, gepaart mit Sicherheitsvorkehrungen, sind Anwender nicht leicht zu überzeugen solche Geräte einzusetzen.
Der Weg, um die Qualität zu erhöhen, ist die Anwendung einer Koplanaritätsmessung in der Bestückungsmaschine. Ein solches System kann die relative Höhe von programmierten Beinchen und Lötbällen messen. Angewandt wird meistens ein Laser Klasse 1, um das Beinchen zu reflektieren und es mit dem Emitter der Laserposition zu messen. Somit kann die vertikale Abweichung und damit die Koplanarität des Bauteils gemessen werden. Ein Klasse 1 Laser ist sicher im Gebrauch und unschädlich für die Augen, selbst dann wenn diese mehr als 50 Sekunden dem Laserstrahl ausgesetzt sind. Das Lasersystem wird in die Maschine integriert. Mit den X/Y-Bewegungen des Positioniersystems wird das Bauelement für jede Lead/Ball-Verbindung positioniert. Der Einsatz realisiert eine Genauigkeit von maximal 0,001mm für die relative Position eines einzelnen Anschlusses. Die Bauteileinteilung als gut/schlecht erfolgt durch das programmierbare Toleranzfenster. Zusätzlich zum Absolutwert kann jedes Lead/Ball auf eine Durchschnittsabweichung des Bauelements verglichen werden, um die Parallelität zu erfassen. Die Methode wurde im Standard of Japan Electronics and Information Technology Industries Association EIAJ ED-7401–4, 7304–1 sowie 7304 festegelegt. Neben der Anschaffung reduziert sich die Bestückzeit, die Bestückungsgeschwindigkeit beträgt dabei gerade noch zwischen 1,2 sec und 3 Sekunden, abhängig vom Bauelement. Für komplexe Produkte kann dies einen dramatischen Effekt auf die Kosten haben. Bei ein bis drei Bauelementen jedoch, erweist sich diese Methode als eine kostengünstige Möglichkeit, die Qualität signifikant zu erhöhen. Verarbeitbare Bauteilabmessungen sind Standard – SOP Lead Pitch >0.79mm Ball Diameter >0.49mm sowie High SOP Lead Pitch >0.29mm Ball Diameter >0.29mm.
Eine höhere Dichte der Bauelemente bedeutet auch langsamere Prozesszeiten. Gewöhnlich haben jedoch kleine Finepitch-Komponenten wenig Anschlüsse und die Verarbeitungszeiten resultieren daher ähnlich wie bei größeren Bauelementen. Sicherlich kann argumentiert werden, dass Bestückungsmaschinen ausschließlich und ohne Kompromisse bestücken sollen, und dabei nicht mit der Bauteilequalität in Konfrontation kommen. Die Entscheidung liegt jedoch beim Anwender seine Investitionsgüter zum besten Vorteil auszunützen, um damit Resultate zu erzielen. In den letzten Jahren sind deshalb, basierend auf den unterschiedlichen Anforderungen, Koplanaritätsmessungen bei vielen Anwendern eingeführt worden.
Hitachi High-Technologies Europe, Krefeld
