Porenfreies Löten
Reflow-Löten ohne Gaseinschlüsse für CMOS-Sensoren
Die neuen CMOS-Sensoren mit Global Shutter Technologie von Sony setzen aktuell neue Maßstäbe in der industriellen Bildverarbeitung. So attraktiv die Sensoren von ihren aufnahmetechnischen Eigenschaften auch sind, so sehr stellen sie aufgrund ihres LGA-Gehäuses (Land-Grid-Array) mit seinem geringen Abstand zur Leiterplattenoberfläche eine Herausforderung bei der Herstellung einer qualitativ hochwertigen Lötverbindung dar.
Weptech elektronik in Landau setzt bereits seit 2011 erfolgreich eine spezielle Fertigungstechnologie ein, mit der heute auch die Sony CMOS-Sensoren im kostengünstigen Konvektions-Verfahren voidarm, d.h. mit wenigen, nur sehr kleinen Gaseinschlüssen, auf Leiterplatten aufgelötet werden können. Dies stellt die Langlebigkeit der Lötverbindung sicher – selbst bei sehr häufigen und starken Temperaturschwankungen.
Further manufacturing processes .
Beim herkömmlichen und kostengünstigsten Verfahren zur Kamerafertigung bestückt ein Automat die Leiterplatten mit sämtlichen elektronischen Bauteilen inklusive des Bild-Sensors und verfährt danach – ebenfalls automatisch – die Baugruppe in den direkt angeschlossenen Lötofen. Dieser verbindet die Bauteile im so genannten Reflow-Konvektionsverfahren elektrisch und mechanisch mit der Platine. Durch den hohen Automatisierungsgrad lassen sich auf diese Weise kleine wie große Stückzahlen schnell und kosteneffizient produzieren. Allerdings gelingt dies nur durch eine aufwendige und detaillierte Abstimmung von Leiterplattenoberfläche, Lotpaste und Lötprofil. In einem Standard-Lötprozess können bei den neuen CMOS-Sensoren mit LGA-Gehäuse die Kriterien der häufig geforderten Qualitätsnorm IPC-A610 hinsichtlich der Poren im Lot kaum prozessstabil erreicht werden.
Alternative: Dampf-Löten mit Vakuum?
Bei großflächigen Lötstellen ist das Kondensationslöten (Dampfphasenlöten) mit Vakuum-Unterstützung ein probates Verfahren zur Herstellung von porenarmen Lötverbindungen. Das Verfahren wird häufig für Leistungskomponenten angewandt, bei denen neben der elektrischen Verbindung auch Kriterien wie die Wärmeleitung und Stromdichte eine Rolle spielen. Bei den genannten CMOS-Sensoren führen jedoch das recht hohe Gewicht und der geringe Abstand zur Leiterplattenoberfläche trotz optimierter Vakuum-Unterstützung zu suboptimalen Lötergebnissen. Zwar sinkt das Volumen der Poren auf eine akzeptable Größe, das Verschleppen von Lot durch den plötzlichen Gasaustritt aus der Lötstelle ist aber selbst bei feiner Vakuum-Dosierung nicht stabil zu verhindern. Auch wirtschaftlich birgt dieses Verfahren Nachteile, da die Lötanlagen meistens nicht in vollautomatische Fertigungslinien integriert sind. Die oft manuelle Handhabung verursacht zusätzliche Kosten.
Stabile Qualität im wirtschaftlichen Prozess
Mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Elektronikfertigung und der kontinuierlichen technischen Weiterentwicklung der Produktionsmethoden ist es Weptech gelungen, das Reflow-Verfahren im Konvektionsofen für Bauteile in LGA-Gehäusen zu optimieren. Das Verfahren liefert auch für die neuen CMOS-Sensoren reproduzierbar stabile Lötverbindungen mit extrem geringem Anteil von sehr kleinen Poren. Walter Quinttus, Technologie-Ingenieur bei Weptech, verrät nur so viel: „ Durch eine spezielle Vorbehandlung und eine neue Abstimmung der Prozessparameter können die Sensoren nun unter strikter Einhaltung der Hersteller-Empfehlung thermisch schonend und nahezu porenfrei in Linie gelötet werden. Der Prozess ist absolut reproduzierbar und robust, dies haben die von uns in vielen unterschiedlichen Losen gefertigten Kameras bei intensiven Stresstests mit Klimakammer, Langzeitbetrieb und On/Off-Betrieb bewiesen.”
