Verborgene Schätze heben


Titelthema a:lot 11 - Sommer 2014

Die Nach- und Aufarbeitung von Bauteilen und –gruppen ist in vielen Bereichen der Elektronikfertigung längst nicht mehr nur eine Option, sie ist schlicht eine Notwendigkeit geworden. Viele Faktoren tragen dazu bei, dass dafür oftmals weit mehr als ein Handlötkolben notwendig ist. Dank moderner Hightech-Verfahren bieten Rework und Repair nicht nur ein enormes Einsparpotenzial, sondern sichern auch Qualität und Ansehen.

Haben Sie auch noch irgendwo stapelweise bestückte Leiterplatten rumliegen, die Sie einfach bisher versäumt haben wegzuschmeißen? Dann sollten Sie die jetzt endlich mal aufräumen, aber nicht um sie zu entsorgen, sondern um möglicherweise Geld damit zu verdienen oder wenigstens einzusparen. Denn viele gebrauchte Bauteile sind mittlerweile sehr begehrt, sodass sich sogar ihre Aufarbeitung rentiert. Das gilt auch und sogar besonders für Bauteile aus der Zeit vor 2006, in der noch nicht RoHS-konform gelötet wurde. Die Gründe dafür sind vielfältig, und sie dokumentieren gut die Komplexität, aber auch die Leiden der gesamten Elektronikfertigung.
Denn wohl kaum eine andere Branche entwickelt sich derart rasant wie die Elektronikfertigung. Prozessoren, die heute das Nonplusultra darstellen, sind schon in wenigen Monaten technisch völlig überholt. Genau deshalb sind die Produktionszyklen für solche Produkte selten länger als zwei Jahre. Das ist bei der Herstellung völlig neuer Produkte kein Problem. Aber was ist mit solchen, die bereits auf dem Markt sind und repariert werden müssen? Da viele Hersteller die Kosten scheuen, sämtliche Bauteile in ausreichender Stückzahl jahrelang für mögliche Reparaturarbeiten einzulagern, müssen sie sich die abgekündigten Bauteile aus anderen Quellen beschaffen. Das sind oftmals Non-franchised-Distributoren, die keinen Herkunftsnachweis für die Ware erbringen können. Die Risiken einer solchen Beschaffung sind hoch.

In besonders sensiblen Bereichen ist Hightech gefragt

Die Obsoleszenz vieler Bauteile und ihre oftmals begrenzte Lebensdauer erhöhen den Bedarf an Reparaturen, vermindern aber gleichzeitig die Anzahl an qualifizierten Ersatzteilen. Nach Ansicht vieler Experten gehört dieses Phänomen neben den steigenden Rohstoff-Notierungen zu den größten Problemen in der Elektronikfertigung überhaupt. Ganz besonders davon betroffen sind anspruchsvolle Fertigungsprozesse für die Luft- und Raumfahrt sowie die Militärtechnik. Hier können die Risiken von Bauteilen unbekannter Herkunft nicht in Kauf genommen werden. Hinzu kommt, dass die genannten Bereiche noch an bleihaltigen Prozessen festhalten, während der gesamte Rest der Branche längst RoHS-konform arbeitet.
Es ist der Komplexität der Elektronikfertigung, der zunehmenden Miniaturisierung und den stetig steigenden Qualitätsanforderungen geschuldet, dass auch die Prozesse beim Rework und Repair immer anspruchsvoller und komplexer werden. Mögen der Handlötkolben oder die lokale Rework-Station in vielen gewöhnlichen Fällen noch ausreichen, sind sie für Anwendungen in hochsensiblen Bereichen nicht mehr ausreichend. Hier sind hochkomplexe und sehr genaue Spezialverfahren gefragt, die eine hohe Wiederholgenauigkeit haben. Da es viel zu teuer und aufwendig wäre, sich dieses Know-how und die entsprechende maschinelle Ausstattung ins eigene Unternehmen zu holen, empfiehlt es sich, einen spezialisierten Dienstleister mit diesen Aufgaben zu betrauen.

Relevante Themperaturzyklen verhindern

Im Reigen der Anbieter gibt es zahlreiche, die sich auf einen besonderen Bereich spezialisiert haben, aber nur wenige, die die ganze Bandbreite der anfallenden Arbeiten abdecken können. Es sollte selbstverständlich sein, dass alle Prozesse ESD-gerecht durchgeführt und die Produkte getempert werden. Auch die Automatisierung der Prozesse trägt zu einer hochwertigen Qualität des Ergebnisses bei, zum Beispiel der perfekte Koplanarität von Pins oder Balls. Das Hauptziel aller Prozesse sollte aber immer sein, einen relevanten Temperaturzyklus zu vermeiden. Die meisten Hersteller von ICs sehen in ihren Spezifikationen nur drei Zyklen vor. Bei der Erstverwendung des Bauteils wurden davon in der Regel bereits zwei Zyklen verbraucht, die Wiederverwendung beansprucht den dritten und damit letzten. Folglich darf die Aufarbeitung thermisch nicht relevant sein, wenn das Bauteil ein Maximum an Sicherheit gewährleisten soll.

Im Wesentlichen lassen sich sechs Verfahren unterscheiden, mit denen die wichtigsten Standardanforderungen abgedeckt werden:

1. Überlagerung der Bauteile
Werden Bauteile oder bestückte Leiterplatten unter gewöhnlichen Raumbedingungen gelagert, lässt es sich nicht vermeiden, dass sie früher oder später oxidieren. Dadurch wird die Lötfähigkeit beeinträchtigt oder komplett verhindert. In solchen Fällen ist ein maschinelles Refreshen angeraten, bei dem die Pins neu verzinnt werden. Übrigens kann es durchaus lohnend sein, die Überlagerung in Kauf zu nehmen, weil die oxidationsfreie Einlagerung der Werkstücke (zum Beispiel in einem Trockenschrank) teurer wäre als die professionelle Aufbereitung.

2. Die Anschlüsse weisen die falsche Legierung auf
Für dieses Problem kann es zahlreiche Gründe geben, einer der wichtigsten ist aber die Umstellung auf bleifreie Lötprozesse. Wurden ICs bleihaltig gelötet und sollen nun in RoHS-konforme Prozesse eingebunden werden, müssen die Anschlüsse umlegiert werden. Aber auch der umgekehrte Fall ist denkbar. Um eine thermische Belastung zu vermeiden, wird zunächst die alte Legierung chemisch gestrippt, damit anschließend die Neuverzinnung stattfinden kann. Im Idealfall schließt eine XRF-Analyse den Vorgang ab, um ein Höchstmaß an Sicherheit zu erreichen.

3. BGA-Reballing
Moderne Verfahren arbeiten mit einem hot-air-knife, um die Alt-Balls berührungslos abzublasen. Danach erfolgt eine Reinigung als Vorbereitung für das Laser-Reballing unter Stickstoff. Hierbei sollte die Legierung frei wählbar sein, also Softballs (SnPb oder SAC), hochschmelzende Hartballs (Pb90Sn10) und sogar die neuen bleifreien Balls mit Kunststoffkern (Hardballs), die nicht kollabieren können, umfassen. Bei stark gekrümmten Bauteilen sollte es auch möglich sein, Balls unterschiedlicher Größe zu platzieren, um eine optimale Kontaktierung zu erreichen. Auch dieser Prozess sollte im Idealfall durch eine AOI abgeschlossen werden.

4. IC-Recycling von der Baugruppe
Auch hierbei besteht die Herausforderung darin, einen thermischen Zyklus zu verhindern. Das gelingt zum Beispiel mit einem Verfahren, bei dem die ICs ohne Oberhitze abgelötet werden. Anschließend werden sie refreshed, die Pins maschinell ausgerichtet und die Anschlüsse optisch vermessen. Für eine optimale Verarbeitung sollten die ICs in maschinenfähigen Vakuumverpackungen nach Wahl ausgeliefert werden, also entweder als Stange, Gurt oder Tray.

5. Konvertierung von Leadless-Bauteilen
Leadless-Komponenten verdrängen immer häufiger herkömmliche Typen wie SOT oder QFP. Bei ihrer Aufarbeitung ist die besondere Herausforderung, dass sie über kein Lotreservoir verfügen und ebenfalls keinem thermischen Stress ausgesetzt werden dürfen. Moderne Verfahren werden dem gerecht und ermöglichen das Beballing von QFN-, LCC- und LGA-Bauteilen mit einer Legierung nach Wahl. Außerdem sollte ein sicheres Stand-off für eine erfolgreiche Baugruppenreinigung im Defluxverfahren gewährleistet sein.

6. Bauteil-Test
Gebrauchten Bauteilen ist von außen nicht anzusehen, welche Qualität sie haben. Dies herauszufinden ist eine komplexe Aufgabe, bei der zahlreiche Testverfahren miteinander kombiniert werden sollten. Um ein breites Spektrum abdecken und optimale Sicherheit erreichen zu können, sollte es möglich sein, visuelle und Röntgen-Inspektionen durchzuführen. Darüber hinaus sollten durch das Decap-Verfahren die Die-Kennung und das Die-Logo freigelegt werden können. Nicht zuletzt sollte auch ein Lötbarkeitstest nach J-STD-002 möglich sein.

Aber auch elektrische Tests sind zur Qualitätssicherung wichtig, zum Beispiel der Curve-Trace-Test mittels eines Mehrkanal-Kennlinienschreibers. Dieses Verfahren kann sowohl aktiv wie auch passiv angewendet werden und testet nach vorgegebenem Ein-/Ausgangsverhalten das Bauteil. Weitere Messverfahren sind der Key-Functional-Test, bei dem die Schlüsselparameter überprüft und dokumentiert werden. Für Speicherbausteine empfiehlt sich ein Memory-Check


Unser Autor: Jens Höfer ist Geschäftsführer der factronix GmbH. Das Unternehmen aus Alling bei München bietet ein breites Spektrum an Technologien rund ums Löten an. Gemeinsam mit dem schottischen Retronix-Werk hat sich factronix als Dienstleister rund ums IC in Deutschland, Österreich und der Schweiz etabliert. Im Fokus stehen dabei schnelle und preiswerte Lösungen für viele Obsoleszenz-Probleme.
factronix, Tel.: 08141.53488-90, Internet: www.factronix.com


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