Selektives Löten von Leistungsbauteilen. Volker Spieß, 24. März 2006, Colonia de Sant Jordi

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1 Selektives Löten von Leistungsbauteilen Volker Spieß, 24. März 2006, Colonia de Sant Jordi

2 Projektveranlassung Selektivlötverfahren Selektivlötautomat Anforderungen Ablaufbeschreibung Fielderfahrungen Bleifreies Selektivlöten Zusammenfassung 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

3 Design PCB mit beidseitig THD definierte Einbauhöhe für IGBTs Fertigung Zykluszeit je PCB beim Handlöten ca. 9 min intensiv geschulte Mitarbeiter erforderlich steigende Stückzahlen und weitere Baugruppen 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

4 Qualität schwankende Wärmezufuhr aufgrund manuellen Lötprozesses unterschiedlicher Lotmenge durch manuelle Lotzufuhr Arbeitssicherheit & Umweltschutz Mitarbeiterbelastung durch Lötdämpfe stundenlange eintönige Arbeit FAZIT: kein reproduzierbarer Lötprozess 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

5 Selektivlötverfahren Mehrpunktlöten Miniwelle Hub-/Tauch Bügel Nicht für THD Löten Einzelpunktlöten Laser Kolben Microflamme Induktion Licht 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

6 Zugängigkeit zur Lötstelle Ausgleich von mechanischen Tol. Wärmeeinbringung in die Lötstelle Investitionskosten Sicherheitsanforderungen Komplexität des Prozesses Betriebskosten 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

7 !" Laser Kolben Micro- Flamme Vorteile geregelte Wärmeleistung berührungslos geeignet für Feinstlötungen geringer Wartungsaufwand Ausgleich von Lagetoleranz der Lötstelle sichere Temperaturkontrolle kostengünstig hohe Flexibilität schnelle Erwärmung berührungslos Nachteile - kritischer Prozess mit kleinem Prozessfenster - Lagetoleranzen der Lötstellen nicht zulässig - Laserschutzklasse 4 - hoher Wartungsaufwand - Lötspitzenverschleiß hoch - Intensität der Flamme schwankend und schwer messbar - Lagetoleranzen der Lötstellen nicht zulässig - hoher Wartungsaufwand - Flussmittel wird durch Flamme verbrennt 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

8 !" Licht Vorteile berührungslos kostengünstiger als Laser Nachteile - Lagetoleranzen der Lötstellen nicht zulässig - hoher Wartungsaufwand (Verschmutzung, Standzeit Lampe < 1000h) - Spotdurchmesser rel. groß, bei kleiner Intensität Fazit: Installation eines Kolbenlötautomat 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

9 # $ Prozesssicherheit: Durchsatz: Überwachung der qualitätsrelevanten Prozessparameter (Temperatur, Standzeit Lötspitze, Lötdraht, etc.) Ausgleich von mechanischen Toleranzen (PCB, Bauteil, Lötkolben) Max. Fehlerrate dpm Max. Lötemperatur 260 C = 10s (IEC 68 ff manueller Aufwand ca. 1,5 min je PCB Taktzeit je Lötpunkt 6-7 Sekunden Kapazität für ca PCBs p.a. Sonstiges: Erweiterbarkeit für neue Produkte Wartungsaufwand kleiner 30 min / Woche technische Verfügbarkeit größer 98% ergonomische Arbeitplatzgestaltung Prozessvisualisierung 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

10 $ Vorwärmstation Touchscreen für Eingabe und Prosessvisualisierung Handarbeitsplatz Lötstation 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

11 $ Quelle: eupec Application Notes 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

12 % " 6000 dpm 5000 Optimierung Lötparameter Neues Paddesign Tausch Drehachse Jul 03 Sep 03 Nov 03 Jan 04 M rz 04 M ai 04 Jul 04 Sep 04 Nov 04 Jan 05 M rz 05 M ai 05 Jul 05 Sep 05 Nov 05 Basierend auf ca. 750 Stück bzw Lötstellen je Monat 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

13 % einmalige intensive Optimierung der Lötparameter kontinuierliche Überwachung der Prozessparameter Lötspitzenstandzeit Position der Lötspitze Lötspitze nach Lötungen 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

14 % jährliche Wartung des Lötkopfes durch Hersteller schwierig beherrschbare Einflüsse Lotdrahtfüllung mit Flussmittel Feuchtigkeit der Reinigungsschwämme Oxidationsgrad der Oberflächen Auftreffpunkt des Lotdrahtes an den Pin 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

15 & $ '( ) PCB Legierung Flussmittel Bauteil HAL Sn100C chem. Zinn (Sn) chem. Silber (Ag) Sn95.5Ag3.8Cu0.7 2,5% ROLO Sn96Ag4 2,2% ROM1 SnCu0.7Ni 2,2% REL0 Sn99.3CuNiGe 2,5% ROM1 Anschluss aus Kupfer Finish: Reinzinn auf Nickel Parametersetup mit ersten Baugruppen 2 Baugruppen je PCB-Lot Kombination (ohne weitere Anpassung der Maschinen- / Lötparameter!) 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

16 & $ ( * +, #-. Lötauge (blei) FR4 mit Kupfer (blei) Lötauge (bleifrei) FR4 mit Kupfer (bleifrei) 300 C :00 00:15 00:30 00:45 01:00 01:15 01:30 01:45 02:00 02:15 02:30 02:45 03:00 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

17 & $ Lot: Sn95.5Ag3.8Cu0.7 HAL bleifrei Ch. Sn Ch. Ag Benetzung und Lotdurchstieg OK NOK 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

18 & $ Flussmittelspritzer sehr breit gestreut unabhängig vom Hersteller 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

19 & $ Parameteränderungen: Zykluszeiterhöhung um 1-2 Sek. je Lötpunkt Erhöhung der Vorheiztemperatur um 10 C Reinigungszyklus Lötspitze runtersetzen Austauschintervall Lötspitze runtersetzen Modifikation Material / Maschine PCB Oberfläche HAL bleifrei (Sn100C) Minimierung Flussmittelspritzer vom Lotdraht Lötkolbenheizung bei Pausen ausschalten Lötspitze mit Stickstoff umspülen 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

20 / Projektziele wurden zu 100% erreicht Prozess bei regelmäßiger Wartung stabil Umstellungsaufwand auf bleifreies Kolbenlöten ist gering Designeinschränkungen aufgrund des Lötkopfes Einmalkosten für PCB spezifische Aufnahmen 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg

21 0 Maschinenhersteller Bareboardlieferant Bauteillieferant 9. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg