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Vakuumlöten - Motivation,Anforderungen, Iterationschritte - 11.EEK - Colonia de Sant Jordi - 18.04.2008
Defence Electronics Vakuumlöten – Motivation, Anforderungen, Iterationsschritte
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11. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg /Fertigungsstrategien für zuverlässige Baugruppen
Thomas Lauer / EADS Deutschland GmbH
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• EADS – Konzern & Produktportfolio
• Motivation für porenarmes Löten – Erfüllung von Vorgaben, Normen und Standards– Vermeidung asymmetrischer Spannungszustände– Wärmemanagement– Prüfaufwandsoptimierung X-RAY
• Anforderungen hinsichtlich…. – Produktspezifikationen & Zuverlässigkeit– Feldeinsatz / Belastungskollektiv– Anlagenkonzept zur „Voidmitigation“– Vakuumlötprozess– Packages & Porenlimiten
• Iterative Prozessoptimierung– Ausgangszustand / Endzustand– Porenarm versus brückenreich– Pasteneinfluss– Triebfeder relativer Unterdruck– Produktbeispiel
• Resümee
Agenda
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Frankreich Deutschland Spanien Großbritannien Übrige Länder
Gesamtanzahl der Mitarbeiter: 116.805
44.536 (38,1%)
42.920 (36,7%)
8.991 (7,7%)
14.309(12,3%)
USA1.932 (1,7%)
Übrige Welt4.117 (3,5%)
EADS / Der Konzern
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EADS / Auszug aus Produktportfolio
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EADS Produktportfolio / Helikopter Missionsausstattung
Raketenwarn-system
Radarwarnsystem
Hinderniswarn-system
Radarhöhenmesser
Seeüberwachungsradar
Chaff/Flare Dispenser
Laserwarn-system
Raketenwarnsystem
Radarwarnsystem
Digitale Karte/Taktische Systeme
Freund-/ Feind-Erkennung (IFF)
Selbstschutz -Management Computer
Flugdatenrekorder
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• Erfüllung von Vorgaben, Normen und Standards• Vermeidung asymmetrischer Spannungszustände• Wärmemanagement• Prüfaufwandsoptimierung X-RAY
Motivation für porenarmes Löten
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• Konformität zu Standards, Normen,– IPC-A-610– IPC-7095– IEC 61191-6
• Kundenvorgaben– Nicht immer einheitlich und konform zu Standards bzw.
Normen– Einhaltung projektspezifischer Zusatzoptionen– spezifische Prüfschärfen in Abhängigkeit von
Erzeugnisklassen– Implementieren häufig nicht elementar (oder zerstörungsfrei)
prüfbare Zustände
Motivation / Erfüllen von Normen, Standards und Kundenvorgaben
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Motivation / Vermeidung asymmetrischer Spannungszustände / CTE-Fehlanpassung
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Motivation / Baugruppen Wärmemanagement
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• Prüfaufwand in starkem Maße abhängig von…– Prüfmodus (Stichprobe, 100%, Direktdurchstrahlung,..)– anzuwendenden Schwellwerten– Bauteilgeometrie– Niedrigschmelzende oder hochschmelzende Legierung– Durchstrahlungseignung der Baugruppe– Mitarbeitererfahrung
• Eindeutigkeit von Befunden– Nicht immer diskussionsfrei möglich (Grauzonen)– Sinkt unter Anwendung paralleler Inspektionskriterien bei
schwellwertnahen Analyseergebnissen– Oft nur nach Rücksprache mit den Entwicklern (Kunden)
konsensfähig
Motivation / Prüfaufwandsoptimierung X-RAY
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– Produktspezifikationen & Zuverlässigkeit– Feldeinsatz / Belastungskollektiv– Anlagenkonzept zur „Voidmitigation“– Vakuumlötprozess– Packages & Porenlimiten– X-RAY
Anforderungen hinsichtlich….
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Anforderung / Belastungskollektiv ΔT, Tmin, Δp, MTBF
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Anforderung / Belastungskollektiv ΔT, Δp, MTBF, Beschleunigung (Vibr.)
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Anforderungen / Anlagenkonzept zur Voidmitigation / REHM Condenso Batch
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Anforderungen / Vakuumlötprozess / konventionelles Temperatur-Zeitprofil
DIN EN 61760-1 / 215°C Medium
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Anforderungen / Vakuumlötprozess / Temperatur-, Zeit- & Druckprofil
Reales Profil mit Galden 215°C / Unterdruck
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Anforderungen / Packages & Porenlimiten / Grauzonen
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Anforderungen / Packages & Porenlimiten / Sonderanwendungen / gasdichte Gehäuse
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Anforderungen / Packages & Porenlimiten / Sonderanwendungen Dipole
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– Ausgangszustand / Endzustand – Porenarm versus brückenreich– Pasteneinfluss– Triebfeder relativer Unterdruck
Iterative Prozessoptimierung
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel 1 Ausgangszustand / Endzustand
Konventionell Vakuumdampfphase
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel 2 Ausgangszustand / Endzustand
Konventionell Vakuumdampfphase
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel 3 Ausgangszustand / Endzustand
Konventionell Vakuumdampfphase
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel 4 Ausgangszustand / Endzustand
Konventionell Vakuumdampfphase
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel 5 Ausgangszustand / Endzustand
Konventionell Vakuumdampfphase
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel 6 Ausgangszustand / Endzustand
Konventionell Vakuumdampfphase
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Iterative Prozessoptimierung / wenn Anforderungen zur Motivation werden
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ΔT, MTBF, Beschleunigung (Vibr.)
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel komplexe Baugruppe / Top Side
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Iterative Prozessoptimierung / Beispiel komplexe Baugruppe / Bottom Side
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Vakuumkammer
Iterative Prozessoptimierung / multiple Ziele im Visier
Ausgangszustände
Optimierung der Fertigungsprozesse
Mensch Maschine
Methode Material
Analyse vonErkenntnissen
BTU & VX
REHM Condenso
Lotpastendruck
Lötverfahren Lotpaste
Parameteroptimierung
Messbarkeit
X-ray
Endoskopie
MilieuStickstoff-Regelung
Vapourphase
Konditionierung
AOI (Lötstelle)
Lötchronologie
Prozesschronologie
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Iterative Prozessoptimierung / Mensch, Maschine, Milieu / Ziel 1 / schonende Basis-Profilierung
T
t
TL
BE-Wärmebeständigkeitphysikalisches Limit
Angepasste Kühlung
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Iterative Prozessoptimierung / Maschine, Milieu, Methode / Ziel 2 / BE-Stressminimierung
Vakuum als Stressfaktor / „gefühlte Temperatur“
Voidwirkbereich / Legierung
T
t
TL
p MSL-Klassifizierung
Kritische BE (ELKO etc.)
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Iterative Prozessoptimierung / 6M Ziel 3 avoid a voidvoid mitigation
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Iterative Prozessoptimierung / 6M Ziel 4 aber nicht zu lässigVoiding zulässig
Voiding < 25% (IPC-A-610 Rev.D)
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Iterative Prozessoptimierung / Triebfeder relativer Unterdruck
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Iterative Prozessoptimierung / Stellgröße Milieu-Dynamik
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Iterative Prozessoptimierung / Methode & Milieu / Begleiterscheinungen zu Zielen 3 & 4
Dynamikeinfluss / Dynamik zu groß
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Iterative Prozessoptimierung / porenarm versus
Voidwirkbereich / Legierung
T
t
TL
brückenreich
p
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Iterative Prozessoptimierung / Mensch, Maschine, Milieu / Begleiterscheinungen zu Zielen 3 & 4
Zu kurze Verweilzeit über Liquidus & Belüftung zu spät aktiviert
Dynamikeinfluss / Dynamik zu klein / Voidverschleppung
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Iterative Prozessoptimierung / Material / Pasteneinfluss / Voidarm und brückenfrei
Pasteneinfluss
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Iterative Prozessoptimierung / MessbarkeitZiel 5 / zulässig darf keine Ansichtssache sein
X-ray x% voiding = ?
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Iterative Prozessoptimierung / MethodeZiel 6 / zulässig & zuverlässig
Akrit A2
Areal2 ≈ AAreal1 < A
Areal1 Areal2
A
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Iterative Prozessoptimierung / Maschine, Milieu, Methode / Ziel 7 / Prozessvertäglichkeit
T
t
TL
Waschbarkeit der Pastenrückstände
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Resümee & Vision Vakuumlöten
Voidwirkbereich / Legierung
T
t
TL
pVakuumwirkbereich BE
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Resümee / Verträglichkeit von Optimierungszielen
Schonende Basisprofilierung (T)
BE-Stressminimierung (T & p)
Voidmitigation / avoid a void (%)
Voiding zulässig, aber nicht zu lässig (%, wo)
Zulässig darf keine Ansichtssache sein (X-ray)
Zulässig & zuverlässig (Areal)
Prozessverträglichkeit (Reinigung)
Beherrschbarkeit von Begleiteffekten (BE, Lot)
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Resümee / Erkenntnisse & Konsequenzen
• Das Selektivziel Voidminimierung lässt sich idealer Weise auf homogenen Anbindungsstrukturen realisieren
• Besondere Beachtung verdient das Temperatur-Druck-Zeit-Profil / Derzeit wurde eine Reihe von funktionierenden Parameterpaarungen gefunden, die die Basis für ein sicheres Prozessfenster bilden
• Lotspritzer, respektive Brückenphänomene resultieren aus einer dynamischen Interaktion von Pastenchemie und der Dynamik der Vakuumprofilierung
• MSL und „allgemeine“ Lötwärmebeständigkeitszahlen verdienen (vor allem bei bleifreien Anwendungen) besondere Aufmerksamkeit
• X-ray Prüfaufwand kann nach Stabilisierung der Parameter deutlich reduziert werden (Ziel Stichprobenkontrolle)
• Voiding verdient einer relativen Betrachtung, Areal ≠ Areal
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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0731/392-5325