Meßplatte für Reflowlötsysteme

heute wie gestern - und morgen ? 

Sicherstellung und Dokumentation von Prozeßparametern

Da steht die Lötanlage in der Fertigung. Das richtige Profil ist eingestellt und die Baugruppen können gelötet werden; oftmals in 3 Schichten am Tag.
Selbstverständlich, daß die Anlage immer zuverlässig arbeitet, denn Reflowlöten ist ein moderner und sicherer Prozeß in der Elektronikfertigung.

Aber ist das Vertrauen wirklich so grenzenlos, oder wollen Sie lieber Fakten ? 

• Wie kann man sicherstellen, daß die gewählten Prozeßparameter reproduzierbar eingehalten werden?
• Gibt es vielleicht Veränderungen durch Verschmutzung oder Abnutzung?
• Wie kann man zwei Anlagen miteinander vergleichen?
• Welche Möglichkeiten hat man bei der Profilentwicklung?

Darüber hinaus bestehen die Forderungen des Qualitätsmanagements:

•  Rückverfolgbarkeit und Dokumentation von Prozessen
•  Prozeßlenkung
•  Prozeßqualifikation
•  Zuverlässigkeit von Bauteilen und Baugruppen

Profilaufnahme heute

Als Folge dieser Überlegungen werden regelmäßig Temperaturprofile in der Lötanlage ermittelt.
Das geschieht üblicherweise mit einem Temperaturlogger unter Verwendung einer mit Thermopaaren präparierten Leiterplatte. Die Befestigung der Thermopaare ist mühselig und der Meßdurchlauf erfordert einige Aufmerksamkeit.

Profilaufnahme morgen

Wie läßt sich die Situation verbessern ?
Eine standartisierte Meßplatte, deren Eigenschaften reproduzierbar und stabil sind. Eine, die über einen langen Zeitraum verfügbar ist.

•  Bequemes Aufnehmen von Temperaturprofilen
•  Vergleich verschiedener Anlagen
•  Ermittlung von Profilen für bestimmte Leiterplattentypen

Referenzmessungen und Q-System

Kundenanforderungen Sicherstellung einer gleichmäßigen Qualität ISO 9000 / VDA / ...

Prozeß Referenzmessungen / Ofenqualifikationen Nachweis bei Audits / Prozeßeinführung

Kundenzufriedenheit

Warum sind Referenzmessungen so wichtig?

Qualitätsabsicherung durch philosophische Betrachtungen allein reicht nicht aus, die einfache Meßbarkeit ist wichtig!

Das Prozessfenster beim Reflowlöten wird immer kleiner

• Immer mehr temperaturempfindliche Bauelemente werden eingesetzt
• Die Reparatur von BGA`s, CSP`s und hochpoligen Steckern ist aufwendig und schwierig
• Die Angabe des MSL (Moisture Sensitive Level) der feuchteempfindlichen Bauelemente bezieht sich auf eine max. Temperatur von 230 °C
• Temperaturgradienten sollen so gering wie möglich sein
• Stichwort bleifreies Löten:
  Das Prozessfenster beim Reflowlöten wird sich merklich verkleinern, da einerseits eine Mindesttemperatur von 240°C an der Lötstelle erforderlich ist, andererseits die Lötzeiten und maximal erlaubten Temperaturen von 260 °C nicht überschritten werden dürfen, um die Bauelemente nicht nachhaltig zu schädigen

Durch regelmäßige Kontrolle ist die Gleichmäßigkeit der Lötprofile sicherzustellen

Temperaturklassifizierung der Bauelemente

Das neue Konzept

Der Profilaufnahme-Baukasten ist ein neues Konzept, das die folgenden Teile beinhaltet:

• Referenzplatte zur regelmäßigen Kontrolle der Ofenprofile
• universell einsetzbarer Carrier für verschiedene Temperaturrecorder
• Carrier zur Profilaufnahme schmaler Leiterplatten
• Individuelle Anpassung durch stufenlose Verbreiterung

Anforderungen an die Referenzplatte

• verändert sich nicht, auch nach vielen Durchläufen durch die Lötanlage
• bei Zerstörung 1:1 reproduzierbar
• defekte Thermoelemente sind leicht ersetzbar
• zeigt Veränderungen des Ofens eindeutig auf 
• universell bei allen Ofenbreiten einsetzbar
• überprüft Ofenverhalten wie Längs- und Querprofil
• vergleicht Öfen miteinander

Aufbau der Referenzplatte

	Reihe 1: Sensor 1 - 4
	Reihe 2: Sensor 5 - 8
	Reihe 3: Sensor 9 - 12

1. Funktion 
Meßnormal für wöchentliche Referenzmessungen
Sensor 5 / 6 / 7 / 8 

2. Funktion
Evaluierung von Reflow – Lötsystemen
Sensor 1 / 2 / 3 / 4 und 5 / 6 / 7 / 8

3. Funktion
LP – Simulation in sechs Kategorien
Sensor 5 / 7 / 9 / 10 / 11 / 12 

Reihe 1: Bestimmt werden mit dieser Sensorreihe

• das Querprofil
• die Zonentrennung zwischen den einzelnen Heizzonen
•  die Temperaturdifferenz von eingestellter Zonentemperatur zur tatsächlichen auf das Produkt einwirkenden Temperatur

Je geringer der Temperaturunterschied zwischen eingestellter Ofentemperatur und tatsächlicher Zonentemperatur ist, desto besser ist die Temperaturübertragung des Reflow - Lötsystems und um so gleichmäßiger die Temperaturverteilung auf der Leiterplatte.

Reihe 2: Die Fühler dieser Reihe simulieren unterschiedliche Zustände auf einer Leiterplatte

• Sensor 5: Temperatur in Leiterplattenmitte
• Sensor 6: Lufttemperatur
• Sensor 7: Wärmelast
  Simulation einer Masse wie z.B. BGA, sehr dichte oder doppelseitige Bestückung
• Sensor 8: Rand 
  Einwirkung des Transportprofils (Ketteneinfluß)

Reihe 3: Mit den Fühlern dieser Reihe können die Profile realer Leiterplatten simuliert werden.Dies ist hilfreich, wenn keine Baugruppe zur Profilerstellung erübrigt werden kann.

Ausschlaggebend für die Referenz ist der massereichste (kälteste) Punkt auf der Leiterplatte. Das Grundprofil und die zu erreichende Mindesttemperatur müssen zuvor festgelegt werden.

QP4C N2		Zone1:   190 °C Zone 2:  185 °C Zone 3:  170 °C Zone 4:  170 °C Peak 1o: 285 °C Peak 1u: 285 °C Peak 2o: 255 °C Peak 2u: 255 °C V:  0,98m/min
QP3C N2		Zone 1:  190 °C Zone 2:  185 °C Zone 3:  175 °C Zone 4:  175 °C Peak 1o: 275 °C Peak 1u: 275 °C Peak 2o: 245 °C Peak 2u: 245 °C V:  0,75m/min

Beide Lötanlagen haben die gleiche Charakteristik, Produkte können bei angepaßten Einstellungen auf beiden Linien gelötet werden.

Ergebnisse einer Referenzmessung

Für Referenzmessungen ist die zweite Sensorreihe geeignet.

	Urmessung	Messung nach 4 Wochen
	Tmax	Tmax
Sensor 5 (rot)	241 °C	243 °C
Sensor 6 (grün)	276 °C	276 °C
Sensor 7 (blau)	199 °C	201 °C
Sensor 8 (schwarz)	234 °C	236 °C

 Die Profile sind konstant, es sind keine Schwankungen im Lötergebnis zu erwarten

Beispiel für eine Abweichung

	Tmax	Tmax	Tmax
Sensor 5 (rot)	241 °C	237 °C	248 °C
Sensor 6 (grün)	276 °C	276 °C	277 °C
Sensor 7 (blau)	199 °C	186 °C (zu kalt)	212 °C (Überhitzung BE)
Sensor 8 (schwarz)	234 °C	230 °C	243 °C
Peak erreicht nach	4:40 min	3:46 min	5:38 min

Welche Fehler lassen sich erkennen?

Schwankungen in der Geschwindigkeit	Ausfall / Defekt einer Heizzone
Ausfall der Kühlzone	Ausfall / Defekt eines Lüfters

Leiterplattensimulation

Zwei Beispiele sollen die Leiterplattensimulation verdeutlichen.

Kategorie 2 (leichte Leiterplatte)
		Zone 1: 155 °C Zone 2: 160 °C Zone 3: 165 °C Zone 4: 170 °C Peak 1: 245 °C Peak 2: 220 °C V:   1,00 m/min
Kategorie 4 (schwere Leiterplatte)
		Zone 1: 165 °C Zone 2: 170 °C Zone 3: 175 °C Zone 4: 175 °C Peak 1: 265 °C Peak 2: 240 °C V:   1,00 m/min

Carrier für Temperaturrecorder

• stabile Auflage für den Transport des Trackers
• vertiefte Anordnung erlaubt die Durchfahrt auch in flachen Öfen
• für Modelle verschiedener Hersteller verfügbar
• Transportbreite verstellbar
• leicht an die Referenzmeßplatte anzukoppeln
• Die Standardbreite von 300 mm läßt sich auf 350 mm bis 460 mm verbreitern