Ablauf einer typischen Baugruppenfertigung
Die Herstellung oder der Electronics Manufacturing Service (EMS) einer zu bestückenden Leiterplatte, lässt sich in folgende Arbeitsschritte gliedern:
- Herstellung der Leiterplatte (Platine)
- Aufbringen von Lotpastendepots an die zukünftigen Kontaktstellen der Bauelemente. Die hochviskose Lotpaste besteht aus kleinsten Zinnkugeln und Flussmittel.
- 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.
- Verlöten der SMD-Bauteile. Durch Wärmeeinwirkung schmilzt die Lotpaste und verbindet die SMD-Bauteile fest mit der Leiterplatte.
- 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.
- Verlöten der THT-Bauteile. Das Verlöten erfolgt bevorzugt mit einem Roboter, kann jedoch auch manuell durchgeführt werden.
- 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.