Aktuelle Trends der Oberflächenmontagetechnik

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Beta LAYOUT GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Sanmina-SCI Holding GmbH & Co. KG

OEMs vertrauen auf EMS-Anbieter

Dabei konzentrieren sich EMS-Anbieter auf Hauptherausforderungen wie die Abstandsminimierung zwischen den Komponenten ohne dadurch ein Rework bestehender Designs unnötig zu erschweren, die Vermeidung sogenannter Head-on-Pillow-Defekte bei Verbindungen, die Minimierung von Hohlräumen bei BTCs oder die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von PCBs, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen und/oder ätzenden Flüssigkeiten wie bei der Öl- und Gasförderung zum Einsatz kommen.

Die ungeheuren Fortschritte bei SMT-Prozessen werden durch diese Probleme vorangetrieben, da die Zahl der Anschlüsse immer größer und die Pad-Abstände immer geringer werden. Im Folgenden eine Zusammenfassung einiger SMT-Durchbrüche von 2014 sowie ein Blick auf 2015 und die Herausforderungen, die dieses Jahr mit sich bringt.

OEMs sind ganz auf Funktionalität und Leistung ausgerichtet. Die Verwendung von Entkopplungskondensatoren zur Geräuschreduktion führt zu Designs mit immer mehr Verbindungen, immer kleineren Komponenten und immer geringeren Komponentenabständen. Da kann es bei neuen Designs mit noch anspruchsvolleren Anforderungen an die Signalintegrität zu einem Konflikt zwischen Layout-Vorgaben und dem technisch Realisierbaren kommen.

Design-Rework wird zur Herausforderung

Dieser Konflikt macht ein Rework zu einer Herausforderung. So können die Kosten einer einzigen der Hochleistungs-PCBAs, die bei Sanmina derzeit für Computer- und Telekommunikationsanwendungen hergestellt werden, durchaus 15.000‑Dollar und mehr betragen. Da ist es entscheidend, dass die Assemblierung auch während einer Nacharbeit nicht beschädigt wird. Darüber hinaus ist auch die Einhaltung der Komponenten-Mindestabstände von größter Bedeutung, damit die bei Anpassungsarbeiten unvermeidliche Hitzeentwicklung nicht die Lötstellen von Nachbarkomponenten oder die Komponenten selbst beschädigt.

Obwohl die IPC-Standards keine strikten Vorgaben bezüglich Bauteilabständen enthalten und die aktuelle SMT-Montageprozesse in der Lage sind, auch sehr kompakte Bestückungen zu realisieren, hat sich in der Praxis gezeigt, dass rund um großflächige Ball-Grid-Arrays ein Mindestabstand von 5,08 mm notwendig ist, um etwaige Rework-Arbeiten nicht unnötig zu behindern.

Zum Vergleich: OEMs platzieren ihre Entkopplungskondensatoren für eine optimale Geräuschminimierung zum Teil mit Abständen von nur 1,016 mm. EMS-Unternehmen arbeiten derzeit eng mit Ausrüstungsherstellern zusammen, um Rework-Prozesse und die Spezialwerkzeuge zu entwickeln, die auch wiederholte Reworks möglich machen, bei denen kein Reflow-Löten oder zusätzliche Arbeiten an Nachbarkomponenten anfallen. Obwohl Lösungen für Abstände unter 5,08 Millimetern durchaus existieren, müssen die Prozesse und Werkzeuge weiter optimiert werden, um eine noch dichtere Komponentenanordnung praktikabel zu machen.

Um die Kosten niedrig zu halten, werden Schaltkreise oft in Kunststoffgehäusen untergebracht. Diese sind allerdings weniger formfest als solche aus Keramik. Wenn Kunststoffgehäuse während des Reflow-Lötens den entsprechend hohen Temperaturen ausgesetzt werden, kann es – in Abhängigkeit von Trägermaterial, Kunststoffeigenschaften, Gehäusedicke und -größe – zu Verformungen von 0,0508 bis 0,254 Millimeter oder gar mehr kommen. Durch solche Verformungen bei Gehäuse und PCB-Trägermaterial, in Kombination mit Lötproblemen bei PCB-Pads und Schwankungen beim Lötpastenvolumen, können Lötdefekte zwischen Bauteil und Leiterplatte auftreten. Zwei Defekte dieser Art sind der sogenannte Head-on-Pillow (HOP)- und der Non-Wet-Open (NWO)-Defekt.

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