SMT-Bestückung

Der Bestückungsprozess im Überblick

Wir fertigen bestückte Leiterplatten im SMT-Verfahren als durchgängigen, dokumentierten Prozess: Schablonendruck, Bestückung, Reflowlöten und automatische optische Inspektion greifen an jeder Linie nahtlos ineinander. Jede Baugruppe durchläuft denselben validierten Ablauf, unabhängig davon, ob es sich um ein Einzelmuster, eine Vorserie oder eine laufende Serienfertigung handelt. Die Prozessparameter jeder Linie sind für jede Baugruppenvariante hinterlegt und werden bei jedem Rüstvorgang automatisch aus dem Fertigungsauftrag geladen, sodass Rüstfehler durch manuelle Eingaben ausgeschlossen bleiben. Jeder Schritt, vom Wareneingang der Leiterplatte bis zur fertig geprüften Baugruppe, ist rückverfolgbar dokumentiert.

Bauformen bis in den Feinstpitch-Bereich

Unser Bauteilspektrum reicht von passiven Chipbauteilen der Bauform 01005 mit einer Kantenlänge von nur 0,4 mal 0,2 Millimetern bis zu großflächigen Bauteilen wie Steckverbindern oder Kühlkörpern. Bei integrierten Schaltkreisen bestücken wir zuverlässig Feinstpitch-Gehäuse mit Pin-Abständen ab 0,3 Millimetern, darunter QFN-, CSP- und BGA-Gehäuse mit mehreren hundert Anschlüssen sowie 01005-Widerstände und -Kondensatoren in dichter Packungsdichte. Die Bestückungsköpfe erkennen jedes Bauteil per Kamera, prüfen Lage und Polarität vor dem Absetzen und korrigieren die Aufnahmeposition in Echtzeit, damit auch engste Pinraster prozesssicher getroffen werden. Gerade bei gemischter Bestückung aus sehr kleinen Chipbauteilen und großen, schweren Steckverbindern auf derselben Baugruppe muss die Anlage Bestückungskraft und Geschwindigkeit je Bauteil individuell anpassen.

Schablonendruck als erster kritischer Schritt

Über sechzig Prozent aller Lötfehler entstehen bereits beim Lotpastendruck, weshalb wir dem Schablonendruck besondere Sorgfalt widmen. Laserzugeschnittene Edelstahlschablonen mit einer auf die jeweilige Apertur abgestimmten Dicke und einem passenden Flächenverhältnis sorgen für einen sauberen Pastenauszug auch bei sehr kleinen Öffnungen. Der Druckvorgang selbst läuft mit definiertem Rakeldruck, definierter Rakelgeschwindigkeit und kontrollierter Schablonentrennung ab. Direkt im Anschluss vermisst eine automatische Lotpasteninspektion Volumen, Höhe, Fläche und Versatz jeder einzelnen Pastenauflage und meldet Abweichungen sofort zurück an die Linie, bevor fehlerhaft bedruckte Leiterplatten überhaupt bestückt werden. So wird ein Fehler, der später im Reflowprozess kaum noch zu korrigieren wäre, bereits am Ursprung erkannt.

Reflowprofile: individuell erstellt und verifiziert

Für jede Baugruppe legen wir ein eigenes Reflowprofil mit den Zonen Vorheizen, Temperaturausgleich, Reflow und kontrollierter Abkühlung fest. Die Zeit-Temperatur-Kurve richtet sich nach der verwendeten Lotpaste, der thermischen Masse der Baugruppe und den Grenzwerten der verbauten Bauteile. Vor der Serienfreigabe wird jedes Profil mit Thermoelementen an mehreren Referenzpunkten der Baugruppe vermessen und die tatsächliche Kurve mit der Sollkurve abgeglichen. Erst wenn Aufheizrate, Verweilzeit oberhalb der Liquidustemperatur und Abkühlrate innerhalb der spezifizierten Fenster liegen, gilt das Profil als freigegeben und wird für die laufende Fertigung hinterlegt. Ändert sich die Bestückung einer Baugruppe auch nur geringfügig, etwa durch ein zusätzliches thermisch empfindliches Bauteil, wird das Profil erneut vermessen und freigegeben.

Automatische optische Inspektion entlang der Linie

Nach der Bestückung und erneut nach dem Reflowlöten durchläuft jede Baugruppe eine automatische optische Inspektion. Die AOI-Systeme prüfen Bauteilvorhandensein, Polarität, Lage, Lötstellenform und Benetzung gegen hinterlegte Referenzbilder und Toleranzfenster. Auffällige Baugruppen werden automatisch ausgeschleust und an einem Nacharbeitsplatz unter Sichtprüfung durch geschultes Personal bewertet, bevor über Nacharbeit oder Ausschuss entschieden wird. Alle Prüfergebnisse fließen in die Rückverfolgbarkeit der Baugruppe ein, sodass sich jede Lötstelle auch nachträglich einer konkreten Linie, einem Rüstvorgang und einem Zeitfenster zuordnen lässt. Diese doppelte Prüfebene, einmal vor und einmal nach dem Reflowlöten, trennt Bestückfehler von Lötfehlern und macht Fehlerursachen gezielt auswertbar.

Losgrößen von der Musterserie bis zur laufenden Fertigung

Unsere Linien sind auf schnelle Rüstwechsel ausgelegt und decken das gesamte Spektrum von Einzelmustern über Vorserien bis zu mehrschichtigen Serienaufträgen ab. Bestückprogramme, Schablonen und Reflowprofile liegen je Baugruppe versioniert vor, sodass ein Wechsel zwischen Aufträgen ohne erneute Einrichtzeit für die Prozessparameter möglich ist. Bei kleinen Losgrößen sorgt eine feste Zuordnung von Fertigungsauftrag zu hinterlegtem Rezept dafür, dass auch ein einzelnes Muster denselben geprüften Prozess durchläuft wie eine Großserie, ohne dass dafür ein gesonderter Freigabelauf nötig wird. Für laufende Serienfertigung wird zusätzlich die Materialversorgung an der Linie über hinterlegte Rüstlisten abgesichert, damit Bauteilrollen und Trays vor Produktionsstart vollständig und korrekt bereitstehen.

Typische Fehlerbilder und ihre Vermeidung

Zwei der häufigsten Fehlerbilder in der SMT-Fertigung sind Tombstoning und Lotbrücken. Tombstoning entsteht, wenn ein kleines, zweipoliges Bauteil während des Reflowprozesses durch ungleiche Oberflächenspannung an beiden Lötstellen aufgerichtet wird, meist verursacht durch asymmetrisches Pad-Design, ungleiche Lotpastenmengen an beiden Kontaktflächen oder ein zu steiles Temperaturgefälle zwischen den Anschlussseiten einer Baugruppe. Wir begegnen diesem Effekt mit symmetrischem Pad-Layout nach anerkannten Designrichtlinien, gleichmäßiger Wärmeverteilung im Reflowprofil und der laufenden Kontrolle der Pastenverteilung durch die Lotpasteninspektion. Lotbrücken entstehen meist durch zu große Pastenmengen, zu enge Aperturabstände auf der Schablone im Verhältnis zum Pinraster oder durch Bauteilverschiebung beim Bestücken selbst. Abgestimmte Schablonendicken, präzise Bestückungskräfte und die zweistufige optische Prüfung nach Bestückung und nach dem Löten sorgen dafür, dass solche Brücken erkannt und vor dem Versand der Baugruppe behoben werden, statt unentdeckt in den nächsten Fertigungsschritt oder gar zum Kunden zu gelangen. Beide Fehlerbilder werden zusätzlich statistisch je Linie und je Baugruppentyp ausgewertet, damit sich wiederkehrende Muster einem konkreten Prozessschritt zuordnen und dauerhaft abstellen lassen.