BGA-Rework sichert termingerechte Markteinführung

Externer Dienstleister führt komplexen Speichertausch von über tausend falsch bestückten Baugruppen durch – das spart Kosten und sichert die terminierte Produkteinführung.

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BMK Group GmbH & Co. KG

Ein Szenarium, das sich kein Unternehmen wünscht: Nach abgeschlossener Bestückung der Baugruppen, kurz vor der Markteinführung, wird festgestellt, dass eine Fehlbestückung vorliegt. Erleichtert ist man zunächst darüber, dass dies inhouse erkannt wurde und das Produkt nicht bereits an den Endkunden ausgeliefert wurde. Doch wie löst man das Problem kosteneffizient und schnell?

Im beschriebenen Fall ging es um Baugruppen bei welchen ungeeignete Speicher verbaut wurden. Das Unternehmen wandte sich an den EMS-Dienstleister BMK mit der Anfrage, einen komplexen Speichertausch bei über tausend gefertigten Baugruppen innerhalb eines Monats abzuwickeln.

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Thermische Belastungsprobe unter Zeitdruck

Nach detaillierter Analyse der Baugruppen und deren Parametern durch die BMK Services Spezialisten stellten sich die Herausforderungen an den BGA-Rework wie folgt dar: Abhängig von der Speichervariante mussten 8 bis 16 RAMs pro Baugruppe getauscht werden. Dazu waren bis zu 32 partielle Reflow-Lötvorgänge notwendig, die zu einer hohen thermischen Belastung auf den Baugruppen führen und sicher beherrscht werden müssen. Außerdem stellte der hohe Zeitdruck, weil dem Unternehmen bei verzögerter Auslieferung zur Markteinführung Vertragsstrafen drohten, eine zusätzliche Herausforderung dar.

Spezifische Parameter der Baugruppen waren Multilayer-Platinen und eine beidseitige Bestückung mit 700 SMD-Bauteilen. Es wurden THT-(Through-The-Hole) Bestückung und Einpresstechnik (teilweise nicht reflow-tauglich) eingesetzt.

Der Rework-Spezialist BMK schlug vor, bei den einzelnen Baugruppen zu überprüfen, wie oft ein Speichertausch möglich ist, bevor eine Beschädigung an der Baugruppe oder den THT-Bauteilen entsteht. THT-Bauteile sind hierbei sehr anfällig für Verfärbungen oder Verformungen aufgrund der thermischen Belastung. Zusätzlich wurden die Baugruppen vermessen und die Abstände zwischen den einzelnen Speichern erfasst, um die notwendigen Düsen zum Ablöten der Speicher genau zu planen.

Durch die Überprüfung erkannte BMK Services, dass die thermische Belastung aufgrund der hohen Anzahl an zu tauschenden Speichern verringert und damit die Anzahl der Lötvorgänge auf ein Minimum reduziert werden musste. Hierfür war eine Spezialdüse notwendig.

Gute Rework-Qualität dank Spezialdüse

BMK Services nahm den Hersteller von BGA-Rework-Maschinen und entsprechenden Düsen, die Firma Finetech, mit an Bord. Fachleute aus beiden Unternehmen stimmten sich Vorort bei BMK Services ab, um eine Spezialdüse für diesen anspruchsvollen BGA-Rework herzustellen. Innerhalb kürzester Zeit entwickelte man zusammen dieses Werkzeug. Im nächsten Schritt legten die BMK-Spezialisten einen reproduzierbaren Rework-Prozess fest. Dieser Prozess stellt die einheitliche Bearbeitung aller Baugruppen mit speziell definierter Temperatur und schonendem Lötprofil, bei dem keine Nachjustierung nötig ist, sicher – unter Einhaltung der Vorgaben der Norm JEDEC J-STD-020DS. Die Norm bestimmt das Temperaturprofil, das heißt, in welchem Temperaturkorridor die Bearbeitung erfolgen muss.

Die ersten zehn Baugruppen wurden als Erstmuster mit der entwickelten Düse und analog des definierten Prozesses bearbeitet und anschließend in zwei Schritten überprüft. Mithilfe einer Röntgenanalyse durchstrahlte man zunächst die kompletten Baugruppen sowie die einzelnen Bauteile, um sicherzustellen, dass keine Lötverbindungen verändert und keine Bauteile zerstört
wurden.

Im zweiten Schritt unterzog man die Baugruppen einem finalen Funktionstest mit dem vom BMK-Kunden beigestellten Funktionstestsystem. Die Erstmuster bestanden beide Tests erfolgreich.

Im Sinne der Nachhaltigkeit: Reparieren statt entsorgen

Der BMK-Kunde verbaute im Anschluss die Baugruppen und testete diese im Endzustand für 24 Stunden. Auch dieser Test verlief erfolgreich und somit erfolgte die Freigabe des Reworks für alle Baugruppen durch den BMK-Kunden.

Der Rework der gesamten Baugruppen inklusive Funktionstest an dem vom Kunden bereitgestellten Testsystem konnte innerhalb eines Monats durchgeführt werden. Voraussetzung für die schnelle Bearbeitung war der vom Rework-Spezialisten BMK definierten Reparatur-Prozess an den Finetech-Maschinen mit der neu entwickelten Düse.

Die sehr gute Rework-Qualität spiegelt sich in einer Yieldrate von 99,3 % unter Einhaltung der JEDEC J-STD-020DS Norm wieder. Der hoch zufriedene BMK-Kunde konnte somit sein Produkt, unter Einhaltung der Qualitätsstandards, termingerecht einführen. Vertragsstrafen wurden vermieden und durch die kostenoptimierte Rework-Lösung war keine Neuproduktion notwendig.

Dieses Beispiel eines BGA-Reworks zeigt, wie sinnvoll hochwertige Reparatur-Arbeiten sind. Sowohl im Hinblick auf eine Kosten- und Zeitersparnis des Kunden im Vergleich zur Neuproduktion, als auch im Hinblick auf das Thema Nachhaltigkeit. Ein Rework fördert die Ressourcenschonung im industriellen Umfeld nach dem Motto: „Reparieren statt entsorgen“.

* Nafi Pajaziti ist Geschäftsführer von BMK electronic services.

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