Design for Excellence

Wie Best Practices die Produktentwicklung verkürzen

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THT-Bauteile automatisiert bestücken

Die Bestückung von THT-Bauteilen ist nach wie vor eine qualitative und prozesstechnische Herausforderung. Die weitgehend manuellen Abläufe dauern relativ lange und sind fehleranfällig. Einige Teilschritte wie das Selektivlöten wurden bereits automatisiert, andere wie das automatisierte Testen sind bei Ihlemann gerade in der Umsetzung. Für Baugruppen mit wenigen THT-Bauteilen kann der Einsatz des Pin-in-Paste-Verfahrens sinnvoll sein, so der Dienstleister.

„Pin in Paste“ beziehungsweise die Through-Hole-Reflow-Technik (THR) ist ein seit 15 Jahren bekanntes Verfahren. Es wurde aber wegen der in der Vergangenheit eingeschränkten technischen Beherrschbarkeit nur begrenzt eingesetzt. Durch Fortschritte bei den Bauteilen und den eingesetzten Hilfsstoffen hat sich das aus Sicht von Ihlemann inzwischen geändert. Ohne dieses Verfahren mussten zunächst die SMD-Bauteile bestückt und danach Reflow-gelötet werden. Die THT-Bauteile wie Steckverbinder und Stecker wurden dann erst in einem zusätzlichen Arbeitsgang manuell eingesetzt und wenn möglich wellengelötet.

Bei Pin in Paste werden bedrahtete Bauelemente wie SMD-Bauteile behandelt und ebenfalls automatisiert bestückt. Dafür werden Bohrungen auf der Leiterkarte mit Lotpaste gefüllt, die Pins der THT-Bauteile durch den Bestückautomaten in die mit Paste gefüllten Bohrungen eingesetzt und dann im Reflow-Ofen gelötet. Beim Einsetzen des bedrahteten Bauteils wird die Paste in der Bohrung nach unten gedrückt und hängt als Tropfen am Pin. Beim Aufschmelzen im Ofen zieht sich das Zinn nach oben und sorgt so für die Füllung der Durchkontaktierung.

Dies verlief in der Vergangenheit oft nicht reibungslos, weil die Lotpaste zu schnell austrocknete, als Tropfen nach unten fiel und eine offene Lötstelle hinterließ. Verbesserte Pasten sind inzwischen prozesssicher und verfügen über ein besseres Benetzungsverhalten. Darüber hinaus haben die Bauteilhersteller auch spezielle temperaturstabile THR-Produktvarianten entwickelt, die wie SMD-Bauelemente für die automatisierte Bestückung auf Gurten geliefert werden.

Durch die gemeinsame Verarbeitung von SMD- und THR-Bauteilen wird ein kompletter, stark manuell bestimmter Arbeitsgang eingespart. Das verbessert die Qualität, reduziert die Kosten, verkürzt die Verarbeitungszeit und ermöglicht zudem geringere Bauteil- und Lötstellenabstände zwischen den verschiedenen Technologien.

Bauformen und Schablonentechnologien

Durch die Design-Evaluierung wird häufig die Auswahl von problematischen Bauteilen und -formen thematisiert. Entwickler entscheiden sich für ein bestimmtes Bauteil, um etwa möglichst geringe Abstände zu erreichen oder andere funktionale Eigenschaften zu erzielen.

Bei dieser Auswahl werden oft unbemerkt unterschiedliche Techniken miteinander kombiniert, wie Ultrafine pitch BGAs mit einem Raster von 0,4 mm und leistungsstarke Spulen mit großflächigen Anschlüssen. Das Problem tritt dann beim Pastendruck auf, weil sich die Druckschablonendicke nach dem kleinsten Rastermaß oder dem kritischsten Bauteil auf der Leiterplatte richtet.

Je dünner die Schablone wird, umso weniger Lot steht für die Ausbildung der Lötstellen zur Verfügung. So wird für ein Chipbauteil 0201 eine Schablonendicke von 80 oder 100 µm verwendet und für einen Stecker dagegen eine Schablonendicke von 150 µm mit deutlich mehr Pastenvolumen. Die für ein 0201-Bauteil optimale Pastenmenge und -höhe würde für den Stecker allerdings nicht ausreichen, was eine sogenannte Stufenschablone bzw. eine Patchwork-Schablone mit unterschiedlichen Blechdicken erforderlich machen würde.

Durch die frühe Abstimmung von Entwicklern und Fertigungsspezialisten in der Designphase können die damit verbundenen deutlich höheren Kosten noch sehr leicht vermieden werden, weil das gleiche Bauteil häufig auch in einer anderen Bauform verfügbar ist.

* Martin Ortgies ist selbstständiger Fachjournalist und Kommunikationsberater für technische Themen. Er lebt in Hannover.

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