Rework in »Erstbestückerqualität«

Flache Gehäuseformen wie QFN und MLF (QFN: Quad Flat No-lead, MLF: Micro Lead Frame) verfügen über kein eigenes Lotdepot und stellen daher im Reparatur-Fall besondere Anforderungen an den Rework-Prozess.

Was tun, wenn ein QFN- und MLF-Bauteil repariert werden muss? Anders als BGAs oder CSPs bringen sie kein eigenes Lotdepot mit. Auch der Lotauftrag mit Schablone und Rakel ist schwierig, da sie – augrund ihrer guten thermischen Eigenschaften – meist auf dicht bestückten Leiterplatten zum Einsatz kommen. Das direkte Dispensen auf eine hohe Anzahl von Kontakten ist ebenfalls nicht praktikabel, weil es sehr zeitintensiv ist und qualitativ meist nicht zufriedenstellend.

Die Lösung für einen sicheren und schnellen Lotpastenauftrag gibt die Gehäusebeschaffenheit der QFN- und MLF-Bauelemente selbst vor: Im Gegensatz zu BGAs oder CSPs verfügen sie über eine ebene Unterseite, was einen Lotpastentransfer direkt auf die Kontakte ermöglicht. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, frisches Lot an den richtigen Stellen und möglichst gleichmäßig aufzutragen. Ist dies gelungen, ist allerdings eine weitere Herausforderung zu meistern: Wie lässt sich das frisch mit Lot versehene Bauelement sicher handhaben, ohne das Druck-Layout zu zerstören?

Kein zusätzlicher Reflow-Schritt erforderlich

Eine probate Methode ist das direkte Bedrucken des QFN- oder MLF-Bauelements mit Frischlot unmittelbar vor dem Einlöten. Um diesen sequenziellen Arbeitsschritt nahtlos in den Rework-Prozess zu integrieren, hat Finetech ein Direct-Component-Printing-Modul (DCP-Modul) entwickelt. Das DCP-Modul lässt sich in jedes Rework-System integrieren und ermöglicht Lot-Arbeiten im Fine-Pitch-Bereich unter 300 µm. Im Gegensatz zu anderen Lotpastenauftrag-Verfahren ist dabei kein zusätzlicher Reflow-Schritt notwendig. Dies verhindert zum einen wärmebedingte Probleme, zum anderen reduziert sich der Zeit- und Kostenaufwand.

Wie arbeitet das DCP-Modul? Das zu bedruckende Bauelement wird – beispielsweise mit Hilfe einer Vakuumpipette – auf der Chippräsentation abgelegt. Dort nimmt es der Lötkopf auf und richtet die Komponente zu den Öffnungen der im DCP-Modul befindlichen passenden Druckschablone aus. Dann wird das Bauelement automatisch um 180 Grad gedreht, so dass die Kontakte durch die Öffnungen der Druckschablone nach oben zeigen und sich die Lotpaste mittels Handrakel relativ einfach auf die Kontaktflächen des Bauelements aufbringen lässt. Während des gesamten DCP-Prozesses ist am Lötarm kein Werkzeugwechsel nötig. Alle notwendigen Schritte lassen sich mit dem Standardlötkopf bewerkstelligen. Sobald der Nachbearbeiter das Bauelement aus dem DCP-Modul entnimmt, lassen sich alle nachfolgenden Prozesssequenzen (Ausrichten, Platzieren, Einlöten) automatisieren.

Herkömmliche Verfahren sind thermisch bedenklich

Welche alternativen Methoden gibt es? Ein häufig praktiziertes Verfahren ist ein zusätzlicher Reflow-Durchgang im Reflow-Ofen. Die zweite gängige Methode versieht mehrere Bauelemente gleichzeitig über eine keramische Transferplatte mit Frischlot. In diesem Verfahren werden mit Hilfe eines Dispensers nacheinander die gespiegelten QFN/MLF-Kontaktstrukturen auf die Transferplatte aufgebracht. Anschließend platziert man die Bauelemente darüber, und das Lot wird in einem Durchgang auf die Kontaktflächen der QFN/MLF-Chips umgeschmolzen. Die beiden genannten Ansätze haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass neue QFN/MLF-Bauelemente bereits vor dem eigentlichen Einlöten einen zweifelhaften Erhitzungsprozess durchlaufen.

Jeder Reflow-Vorgang bedeutet zusätzliche Wärmebelastung und hat Einfluss auf Qualität und Zuverlässigkeit des Bauteils und seiner elektrischen Verbindungen. Einer derart reparierten Baugruppe wird man kaum »Erstbestückerqualität« bescheinigen können. Zudem dürfen QFNs entsprechend dem IPC-Standard »610/JEDEC001« maximal drei Reflow-Prozesse durchlaufen. Daher ist ein dem eigentlichen Einlöten des Bauelements vorangestellter Reflow-Prozess schon deshalb kritisch, weil dadurch die Möglichkeit entfällt, fehlplatzierte QFN-Bauelemente durch Rework neu auszurichten. Zudem gehen mit dem Umweg des Lotpasten-Reflows Zeit- und Kostennachteile einher – ganz zu schweigen davon, dass diese zusätzlichen Schritte eine geschlossene ESD-Umgebung erfordern.