Fer­ti­gung von elek­tro­ni­schen Baugruppen

Ablauf einer typi­schen Baugruppenfertigung

Die Her­stel­lung oder der Elec­tro­nics Manu­fac­tu­ring Ser­vice (EMS) einer zu bestü­cken­den Lei­ter­plat­te, lässt sich in fol­gen­de Arbeits­schrit­te gliedern:

  1. Her­stel­lung der Lei­ter­plat­te (Pla­ti­ne)
  2. Auf­brin­gen von Lot­pas­ten­de­pots an die zukünf­ti­gen Kon­takt­stel­len der Bau­ele­men­te. Die hoch­vis­ko­se Lot­pas­te besteht aus kleins­ten Zinn­ku­geln und Flussmittel. 
  3. Bestü­ckung der Lei­ter­plat­te. SMD-Bau­tei­le (SMD, Sur­face Moun­ted Devices) wer­den nun in die Lot­pas­ten­de­pots gesetzt. Sie haf­ten dort zunächst nur durch die Kleb­wir­kung der Lot­pas­te. Die Bestü­ckung erfolgt automatisiert. 
  4. Ver­lö­ten der SMD-Bau­tei­le. Durch Wär­me­ein­wir­kung schmilzt die Lot­pas­te und ver­bin­det die SMD-Bau­tei­le fest mit der Leiterplatte.
  5. Bestü­ckung der Lei­ter­plat­te mit kon­ven­tio­nel­len, bedrah­te­ten Bau­tei­le in THT-Tech­nik (THT, Through Hole Tech­no­lo­gy). Dies erfolgt durch Ein­ste­cken der Anschluss­drä­he in die in der Lei­ter­plat­te dafür ein­ge­brach­ten Löcher.
  6. Ver­lö­ten der THT-Bau­tei­le. Das Ver­lö­ten erfolgt bevor­zugt mit einem Robo­ter, kann jedoch auch manu­ell durch­ge­führt werden.
  7. Prü­fung des Bestü­ckungs­er­geb­ni­ses, visu­ell und elek­trisch durch spe­zi­fi­sche Mess­tech­nik. Bei kom­ple­xen Bau­grup­pen oder Seri­en­er­zeug­nis­sen wer­den genau dafür kon­zi­pier­te Prüf­sys­te­me entworfen.

Auf­brin­gen von Lotpaste

Der Pas­ten­druck kann auf ver­schie­den Arten erfol­gen. Meist wird Sieb­druck oder Scha­blo­nen­druck ein­ge­setzt. Bei­de Ver­fah­ren haben gemein­sam, dass dort wo mit einem Hoch­prä­zi­si­ons­la­ser eine Öff­nung in ein Edel­stahl­netz oder ‑blech aus­ge­schnit­ten wur­de, die Lot­pas­te die Lei­ter­plat­te benet­zen kann. Jedes Lei­ter­plat­ten­lay­out benö­tigt dem­zu­fol­ge ein eigens dafür her­ge­stell­tes Sieb bezie­hungs­wei­se eine eigens dafür her­ge­stell­tes Scha­blo­ne. Die ein­ge­setz­ten Pas­ten sind genau abge­stimmt auf die Mesh-Zahl des Siebs oder auf die Edel­stahl­scha­blo­ne. Die Qua­li­tät des Dru­ckes wird durch eine Sicht­prü­fung kontrolliert.

Bestü­ckung der Leiterplatte

Die Bau­tei­le wer­den auf Rol­len, Gur­ten, Tabletts oder in Stan­gen auf den Bestü­ckungs­au­to­ma­ten gerüs­tet. Die Bau­tei­le wer­den vom Kopf des Auto­ma­ten mit­tels Vaku­um aus den jewei­li­gen Ver­pa­ckun­gen ent­nom­men, in der Maschi­ne zen­triert und aus­ge­rich­tet und anschlie­ßend auf die rich­ti­ge X/Y‑Koordinate der Lei­ter­plat­te bestückt.
Die­ses Bestück­ver­fah­ren wird „Pick-and-Place“-Verfahren genannt.

Ver­lö­ten der Bauteile

Zum auto­ma­ti­schen Löten der Bau­grup­pen ver­wen­den wir bevor­zugt die beson­ders bau­teil­scho­nen­de Dampf­pha­sen­lö­tung. Hier­bei wird die Erhit­zung der Lei­ter­plat­te durch die Kon­den­sa­ti­ons­wär­me eines Damp­fes (Gal­den, LS230) erreicht. Die Maxi­mal­tem­pe­ra­tur, die die Bau­grup­pe bei die­sem Löt­ver­fah­ren anneh­men kann, ist auf 230°C beschränkt. Der Ener­gie­be­darf für die Bau­grup­pe regelt sich auto­ma­tisch über die Löt­zeit. Wäh­rend des Lötens schmilzt die Lot­pas­te auf, stellt die elek­tri­sche Ver­bin­dung her und das Fluss­mit­tel ver­dampft. Nach der Abküh­lung und Trock­nung der Bau­grup­pe sind die SMD Bau­tei­le per­ma­nent und elek­trisch lei­tend mit der Lei­ter­plat­te verbunden.

THT-Bau­tei­le wer­den manu­ell mit­tels Löt­kol­ben oder auto­ma­tisch mit einem Löt­ro­bo­ter gelö­tet. Die­ser bil­det das Hand­lö­ten maschi­nell nach und man erreicht damit sehr repro­du­zier­ba­re Ergeb­nis­se. Die manu­el­le Arbeit ist auf das Hand­ling der Bau­grup­pe und das Ein­fä­deln THT-Bau­tei­le beschränkt.

Prü­fung des Bestückungsergebnises

Mit der Lötung ist der Pro­zess der Bestü­ckung noch nicht abge­schlos­sen. Um die pro­du­zier­te Qua­li­tät zu bestä­ti­gen oder Feh­ler schon früh­zei­tig zu erken­nen kann eine AOI-Kon­trol­le (Auto­ma­ti­sche Opti­sche Inspek­ti­on) durch­ge­führt wer­den. Hier prüft ein AOI-Sys­tem mit­tels meh­re­ren Kame­ra­sys­te­men die Lei­ter­plat­te auto­ma­tisch und ver­gleicht das Ergeb­nis mit einer als gut bewer­te­ten Refe­renz. Wenn es zu Abwei­chun­gen kommt, wird der Bedie­ner über das genaue Feh­ler­bild infor­miert, wel­cher dann den Feh­ler kor­ri­giert oder die Lei­ter­plat­te aus­sor­tiert.
Viel wich­ti­ger ist jedoch der elek­tri­sche Test der her­ge­stell­ten Bau­grup­pe. Hier­zu wird die Bau­grup­pe an spe­zi­fi­sche Test­aus­rüs­tung ange­schlos­sen und meist auto­ma­ti­siert durchgeprüft.