Was ist eine Nacharbeit bei der Leiterplattenbestückung (PCBA)?

Nacharbeit ist der Prozess der Reparatur oder Nachbearbeitung einer elektronischen Leiterplattenbaugruppe (PCBA) durch Entlöten und Nachlöten von oberflächenmontierten Bauteilen (SMD), Durchstecktechnikbauteilen (THT) oder der Leiterplatte selbst.

Warum Nacharbeit für Leiterplattenbaugruppen (PCBA)?

Die Nacharbeit erfolgt manuell von Hand oder an einem Nacharbeitsplatz durch Fachpersonal, das geschult ist, um beschädigte oder fehlerhafte elektronische Komponenten zu identifizieren und zu ersetzen sowie Lötfehler zu beheben. Weitere Gründe für Nacharbeiten sind falsche Bestückung von Bauteilen, schlechte Lötverbindungen, elektrische Fehler durch elektrostatische Entladung (ESD) und die Belastung durch Starkstrom.

Nachbesserungen können auch erforderlich sein, wenn gefälschte oder aufgearbeitete Teile von Maklern oder freihändig geliefert wurden, die zu nicht funktionsfähigen oder halbfunktionalen elektronischen Leiterplatten führen.

Ein weiterer Grund für die Nacharbeit ist ein Montagefehler bei der Firma EMS. In anderen Fällen ist das elektronische Design der Schaltung die Ursache für eine nicht funktionierende Platine.

Die Nachbearbeitung von Leiterplatten kann teure Leiterplattenbestückungen einsparen. Das Verfahren kann auch dazu beitragen, Produktionsfehler aufzudecken (und zu beheben) - und die bei der Nachbearbeitung gewonnenen Informationen können genutzt werden, um zu verhindern, dass diese Fehler in Zukunft auftreten. Die Nachbearbeitung von Leiterplattenbaugruppen ist branchenübergreifend Standard.

Was macht Nacharbeit so anspruchsvoll?

Leiterplattenbaugruppen bestehen typischerweise sowohl aus SMD-Bauteilen (Surface Mounted) als auch aus THT-Bauteilen (Thru-Whole Technology), die von Hand oder im Wellenlötverfahren montiert werden. Da fertige Platten beide Arten von Komponenten aufweisen, können die Platten nicht mehr in den Reflow-Ofen gestellt werden - dies würde die THT-Komponenten beschädigen. Aus diesem Grund kann eine spezielle Nacharbeitsstation erforderlich sein. Dies gilt insbesondere für Finepitch- oder BGA-Komponenten.

Warum nicht einfach von Hand aus- und wieder einlöten?

Einige Nacharbeiten werden von Hand durchgeführt, aber es gibt viele Gründe, warum ein vollständig manueller Prozess zum Ent- und Nachlöten nicht für die Nachbearbeitung von Leiterplatten geeignet sein kann: - Beim Entlöten können elektronische Bauteile oder Leiterplatten beschädigt werden.
  • Das Handlöten kann elektronische Bauteile und Leiterplatten durch ungleichmäßige oder übermäßige Wärmeeinbringung stärker belasten.
  • Das Handlöten ist sehr teuer und zeitaufwendig.
  • Das Handlöten ist kein definierter Prozess, der systematisch reproduzierbar ist. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ist ein wichtiger Aspekt der Qualitätssicherung, insbesondere bei problematischen Leiterplattenbestückungen.
  • Einige elektronische Komponenten (BGAs, FPGAs, etc.) können nicht manuell durch Handlöten platziert werden - eine Präzisionskamera und ein präzises Pick-and-Place sind erforderlich, um diese Teile zu löten.

Unsere Reworkstation: ERSA HR550

Wir haben eine ERSA HR550 Rework-Station bei ESO Electronic. Dies ist eine geführte Nacharbeitsstation, die ein Infrarot-Heizsystem verwendet, um die Platten sowohl von oben als auch von unten zu erwärmen. Das integrierte Kamerasystem ermöglicht die computergestützte Bauteilplatzierung. Eine integrierte Vakuumpipette und ein Kraftsensor ermöglichen eine präzise Entnahme und Platzierung der Komponenten. Eine Prozesskamera erfasst den gesamten Lötprozess und dokumentiert die für jeden Nacharbeitsauftrag durchgeführten Schritte.

Was ist vor Beginn der Nacharbeit zu beachten?

Vor Beginn der Nacharbeit von Leiterplattenbaugruppen sind die folgenden Vorbereitungsschritte durchzuführen:
  • Elektronische Bauteile und Leiterplatten müssen gebrannt werden, um sicherzustellen, dass sie keine Feuchtigkeit enthalten, die nach der Expansion von Wasserdampf zu beschädigten Stromkreisen führen kann.
  • THT-Bauteile müssen durch Aufbringen von reflektierendem Material oder Klebeband vor Hitze geschützt oder nach dem Nacharbeitsprozess entfernt und wieder verlötet werden.
  • Der Rework-Techniker muss feststellen, welche Komponente(n) überarbeitet werden müssen, einschließlich ihrer Position und Verpackung.
  • Der Rework-Techniker muss das Herstellerdatenblatt überprüfen, um sicherzustellen, dass die maximale Temperatur für das Bauteil nicht überschritten wird.
  • Der Rework-Techniker muss die Dicke der Leiterplatte, die Schichtanzahl, die endgültige Kupferdicke und die Dichte der Baugruppe identifizieren, um das richtige Programm für eine geeignete Wärmeanwendung zu bestimmen.
  • Das geeignete Entlöt- und Lötprogramm ist an der Reworkstation auszuwählen. Der Rework-Station bietet Standardprogramme, aber in Sonderfällen kann der Rework-Station-Bediener auch sein eigenes benutzerdefiniertes Programm auswählen.

Was ist der Rework-Prozess für PCBA?

Die folgenden Schritte werden durchgeführt, um Leiterplattenbaugruppen auf einer Rework-Station zu überarbeiten:
  • Die Leiterplatte wird in der Rework-Station platziert und im Rework-Rahmen gesichert.
  • Das zu überarbeitende elektronische Bauteil wird mit einem Laserstrahl positioniert.
  • Der Temperatursensor befindet sich neben der Platine. Diese überwacht die Temperatur während des Entlöt- und Lötprozesses.
  • Die Maschine durchläuft dann jeden Schritt des Nacharbeitsprogramms. Die Schritte werden auf dem Bildschirm der Maschine angezeigt, damit der Arbeiter sie ausführen kann. Jeder Schritt wird auch mit einer Kamera aufgezeichnet.
  • Während der Entlötphase erwärmt die Maschine die Leiterplatte, bis das Lot flüssig wird.
  • Im nächsten Schritt entnimmt die Maschine das Bauteil von der Platine und legt es auf ein Tray.
  • Jetzt kann der Arbeiter die Lötpads inspizieren und bei Bedarf reinigen.
  • Der Arbeiter legt dann die Ersatzkomponente auf das Tray. Der Montagekopf der Reworkstation kann nun das Bauteil aufnehmen.
  • Mit seinem Kamerasystem richtet der Montagekopf das Teil zur Positionierung auf der Leiterplatte exakt aus. Der Arbeiter sorgt für die richtige Positionierung und Polarität.
  • Im nächsten Schritt setzt der Bestückungskopf das Bauteil auf die Leiterplatte und lötet es auf die Leiterplatte.
  • Der Prozess wird aufgezeichnet. Die Dokumentation des Nacharbeitsauftrags kann archiviert und/oder dem Kunden zur Verfügung gestellt werden.

Wie viel Lot wird für die Nacharbeit benötigt?

Bei BGAs müssen die Lötpads auf den Leiterplatten sehr sorgfältig gereinigt werden. BGAs bestehen aus vielen kleinen Lötkugeln, was bedeutet, dass sie in der Regel kein zusätzliches Lot für die Montage benötigen, da das Lot in ihr Design eingebaut ist. Wenn zusätzliches Lot aufgetragen wird, sitzt das BGA nicht flach auf der Leiterplatte oder kann einen Kurzschluss verursachen. Wenn jedoch zu wenig Lot aufgetragen wird, kann es vorkommen, dass die Kugel nicht lötet, was zu einem offenen Stromkreis führt.

Bei anderen elektronischen Bauteilen ist es in der Regel der Fall, dass das beim vorherigen Lötversuch übrig gebliebene Lot ausreicht, um das neue Bauteil zu löten. Zusätzliche Lötpaste, Grippe oder Flussmittelgel können je nach Bedarf aufgebracht werden.

Wie weiß man, ob die PCBA-Rework erfolgreich war?

Nach der Überarbeitung einer Leiterplattenbestückung gibt es noch einige Tests, die durchgeführt werden müssen. Bei BGAs und anderen elektronischen Bauteilen mit Anschlussdrähten auf der Unterseite sollten die Teile nach der Nachbearbeitung geröntgt werden. Denn man sieht nicht, ob alle Leitungen bei der Sichtprüfung richtig gelötet sind, da sich die Leitungen unter dem Bauteil befinden. Eine weitere Möglichkeit, BGA zu inspizieren, besteht darin, ein Seitenmikroskop zu verwenden, mit dem Sie zwischen dem kleinen Spalt zwischen der Leiterplatte und dem BGA hin und her schauen können. Die ersten beiden Reihen werden durch Fokussierung und die Wege zwischen den Lötkugeln durch Durchlicht geprüft (wenn das Licht durchgelassen wird, gibt es keinen Kurzschluss).

Andere elektronische Komponenten können mit Hilfe der Mikroskopkontrolle inspiziert werden. Die Karten können auch mit dem Standardprotokoll auf ihre Funktionalität getestet werden. Lötstellen können bei Bedarf gereinigt werden. Der Nacharbeitsprozess sollte ebenfalls dokumentiert und dem Kunden bei Bedarf zur Verfügung gestellt werden.

In den meisten Fällen können ordnungsgemäß überarbeitete Platten nicht von nicht überarbeiteten Platten unterschieden werden und haben die gleiche Lebensdauer wie nicht überarbeitete Platten.