Response-to-Pause: Ein kritischer Parameter von Lotpasten

Leute,

Lotpaste ist wohl eines der am intensivsten entwickelten Materialien in der Elektronikfertigung. Sie hat viele Eigenschaften, die für eine gute Leistung vorteilhaft sein müssen. Sie muss ein gut definiertes Lotpastendepot bilden, das weder kalt noch heiß zusammensinkt. Die Paste muss eine ausreichende Haftfähigkeit aufweisen, um die Bauteile auf der Leiterplatte zu halten. Während sie den Reflow-Ofen durchläuft, muss das Flussmittel alle Oxide auf den Leiterplatten-Pads entfernen und bei steigender Temperatur muss die Sauerstoffbarriere im Flussmittel die Lotpartikel vor einer Oxidation schützen.

Doch ein Parameter der Lotpaste kann einen großen Unterschied in puncto Produktivität ausmachen: die Response-to-Pause (RTP). Es gibt Zeiten, in denen die Montagelinie „pausiert“ werden muss. Ein Beispiel wäre das Laden von Bauteilen in die Bestückungsautomaten. Während dieser Pause werden einige Lotpasten fest. In diesem Fall muss der erste Schablonendruck verworfen werden. Das Reinigen der Paste von der Schablone kann bis zu zehn Minuten dauern. Wenn dieser Vorgang mehrmals am Tag durchgeführt wird, kann der Produktionsausfall erheblich sein.

Eine gute Lotpaste sollte in der Lage sein, länger als eine Stunde in einer pausierten Position auf der Schablone zu verbleiben (d.  h. nicht gedruckt zu werden), ohne dass die Druckleistung wesentlich beeinträchtigt wird. Wie bereits erwähnt treten Stillstandszeiten auf, wenn beispielsweise eine SMT-Linie angehalten werden muss, um Komponenten auf Bestückungsautomaten aufzufüllen, oder bei kleineren Wartungsproblemen. Einige Pasten „erhärten“ jedoch, wenn der Druck angehalten wird. Diese unerwünschte Eigenschaft wird als schlechte Response-to-Pause bezeichnet. Abbildung 1 zeigt das Volumen der Lotpastendepots für drei Lotpasten als Funktion der Stillstandszeit. Bei diesem Versuch wurde die Lotpaste ohne Mischen direkt aus dem Pastengefäß auf die Schablone gebracht. Beachten Sie, dass Lötpaste 3 ein anfängliches Druckvolumen von nur 5300 mils³ (0,087 mm³) aufweist. In nur drei weiteren Druckvorgängen sind es bis zu 9100 mils³ (0,15 mm³). Nach einem einstündigen Stillstand sinkt Paste 3 auf 7500 mils³. Beachten Sie, dass die Lotpaste 2 in Bezug auf das Volumen der Lotpastendepots viel einheitlicher und die Lotpaste 1 die beste ist.

Abbildung 1. Response-to-Pause-Messungen von drei Lotpasten.

Wenn ein Bestücker die Lotpaste 3 verwendet, muss er möglicherweise die erste bedruckte Leiterplatte nach einer Stillstandszeit ablehnen. In der Regel muss dann die Platine nach dem ersten Druck nach der Stillstandszeit sauber gewischt und erneut bedruckt werden. Dieser Vorgang dauert einige Minuten.

Einige Minuten sind keine große Sache. Ich habe jedoch mit Ingenieuren zusammengearbeitet, um die Produktivitätskosten für diesen Produktionszeitverlust abzuschätzen. In einer Studie haben wir einen Produktivitätsverlust von 7 % festgestellt. Bei einer Fertigungsstraße beispielsweise, die mit einer Lotpaste mit einer guten Response-to-Pause in einer bestimmten Zeit 10.000 Leiterplatten  herstellen konnte, würde nur 9.300 Leiterplatten produzieren, wenn die Response-to-Pause ähnlich die von Paste 3 ist. Dieser Produktivitätsverlust von 7 % ist auf die verlorene Zeit für die Nachdrucke nach einem Stillstand zurückzuführen.

Die SMT-Bestückung gibt es schon seit etwa vier Jahrzehnten. Man sollte also meinen, dass alle Lotpasten eine gute RTP aufweisen. Leider ist das nicht der Fall. Daher ist eine gute RTP eine der ersten Leistungsmessgrößen, die bei der Bewertung einer Lotpaste gemessen werden sollten.

Danke,

Dr. Ron