Zinn statt Gold – wie man THT-Prozesse gezielt optimiert

Mrz 8, 2023

Warum füh­ren ver­gol­dete Pins an THT-Bau­tei­len zu Pro­ble­men beim Ver­lö­ten? Die Frage haben Exper­ten bei Kraus Hard­ware genau unter­sucht und in der Folge einen neuen stan­dar­di­sier­ten Pro­zess ent­wi­ckelt. Davon pro­fi­tie­ren letzt­lich alle Kunden.

 „Am Ende ste­hen opti­male Pro­zesse, die wir bei vie­len Kun­den in die­ser Weise zum Ein­satz brin­gen.“  

Elec­tro­nic Manu­fac­tu­ring Ser­vices (EMS) sind ein wei­tes Feld. Es reicht von der Ent­wick­lung über die Pro­duk­tion bis zur Über­ar­bei­tung von Bau­grup­pen. Dabei besteht gerade die Pro­duk­tion aus unzäh­li­gen klei­nen Teil­pro­zes­sen mit vie­len Fra­ge­stel­lun­gen , denn es ist kei­nes­wegs immer ein­deu­tig, wel­che Pro­zesse (in wel­cher Rei­hen­folge) zu opti­ma­len Ergeb­nis­sen füh­ren. Hier kommt es ent­schei­dend auf die Exper­tise des EMS-Dienst­leis­ters an, was im Übri­gen im letz­ten Jahr auch eine Stu­die von KATEK in Zusam­men­ar­beit mit dem Markt­for­schungs­in­sti­tut Dynata indi­rekt deut­lich gemacht hat. Dabei wur­den 570 OEMs und Elek­tro­nik-Fer­ti­gungs­dienst­leis­ter in Europa über die Zukunft der Elek­tronik­in­dus­trie befragt. Ein Ergeb­nis: Bei der Aus­wahl des EMS-Dienst­leis­ters ach­ten die meis­ten Auf­trag­ge­ber in beson­de­rem Maße auf tech­no­lo­gi­sche Expertise.

Poren­bil­dung führt zu Pro­ble­men
Warum das so ist, machen bereits kleine Bei­spiele deut­lich – man ver­wen­det etwa ein Bau­teil mit einer bestimm­ten Ober­flä­chen­qua­li­tät und in der Folge sind wei­tere Pro­duk­ti­ons­pro­zesse ver­än­dert oder sogar gestört. Aber was genau löst das Pro­blem aus? Kraus Hard­ware unter­sucht in einem sol­chen Fall nicht nur die Ursa­chen, son­dern ent­wi­ckelt im zwei­ten Schritt auch eine sta­bile Stra­te­gie für die Pro­duk­tion. So ist den Spe­zia­lis­ten bei­spiels­weise bei der rönt­gen­tech­ni­schen Pro­zess­kon­trolle von THT-Bau­tei­len auf­ge­fal­len, dass es zu einem erhöh­ten Voi­ding (Poren­bil­dung) an den Anschlüs­sen kommt, wenn Löt­stifte mit einer bestimm­ten Gold­schicht-Ober­flä­che zum Ein­satz kom­men. In der Folge ist die Benet­zung nach dem Löten stark beein­träch­tigt – die Löt­stelle ist gera­dezu mit Poren durch­setzt. „Das Pro­blem haben wir uns dar­auf­hin vor­ge­nom­men und meh­rere Löt­ver­su­che mit unter­schied­li­chen Para­me­tern und Fluss­mit­teln durch­ge­führt sowie uns die regel­mä­ßige Lot­bad-Ana­lyse genauer ange­schaut“, erklärt Gesell­schaf­ter Andreas Kraus.

Stan­dar­di­sier­ter Pro­zess führt zu mehr Sicher­heit
Das Ergeb­nis die­ser Unter­su­chun­gen war ein­deu­tig: Wenn das Gold mit einem bestimm­ten Ver­fah­ren und einer bestimm­ten Schicht-Güte auf­ge­bracht wird, tre­ten ver­schie­dene Mecha­nis­men in der Löt­stelle auf. Diese ver­än­dert somit ihre Zusam­men­set­zung und es ent­ste­hen die erwähn­ten Poren. In der Folge ent­wi­ckel­ten die Spe­zia­lis­ten einen stan­dar­di­sier­ten Pro­zess, des­sen ein­zelne Schritte inein­an­der greifen:

  • Bekannte Bau­teile bzw. Bau­teil­se­rien wer­den beim Waren­ein­gang aus­ge­schleust, wobei man „betrof­fene” Bau­teile bereits bei der Daten­er­stel­lung der Bau­gruppe aus­fin­dig macht und den Fer­ti­gungs­plan ent­spre­chend anpasst.
  • Per Laser­tech­no­lo­gie ent­ste­hen zunächst spe­zi­elle Scha­blo­nen aus FR4-Mate­rial, mit denen sich die Ste­cker sta­bil inner­halb der Selek­tiv­löt­welle posi­tio­nie­ren lassen.
  • Im zwei­ten Schritt star­tet das Ver­zin­nen der Ste­cker, wobei die Scha­blone sicher­stellt, dass tat­säch­lich nur der Bereich des Löt­an­schlus­ses neu beschich­tet wird.
  • Das Ver­zin­nen kann sowohl direkt nach dem Waren­ein­gang als auch unmit­tel­bar vor dem wei­te­ren Pro­duk­ti­ons­schritt erfol­gen: dem eigent­li­chen THT-Löten per Selektivlötwelle.
  • Der Pro­zess wird solange detail­liert über­wacht, bis er sta­bil abläuft. Wenn aus­fin­dig gemacht wurde, bei wel­chen Bau­tei­len eine Ver­zin­nung nötig ist, erfol­gen nur noch Stichproben.

Bleibt am Ende die Frage, warum die Pins über­haupt ver­gol­det wer­den? „Es macht aus ver­schie­de­nen Grün­den durch­aus Sinn“, erklärt Andreas Kraus. „Zinn und Sil­ber kor­ro­die­ren leich­ter an der Luft als Gold. Es ist also kor­ro­si­ons­be­stän­di­ger und garan­tiert somit eine gute Ver­ar­beit­bar­keit über viele Jahre hin­weg. Aller­dings führt das Edel­me­tall im Bei­spiel­fall eben auch zu Pro­ble­men. Wir haben des­halb den Able­gie­rungs- und Ver­zin­nungs­pro­zess als neuen Stan­dard bei uns ein­ge­führt. Spe­zi­ell ver­gol­dete Pins von THT-Bau­tei­len wer­den auf diese Weise bear­bei­tet, damit eine aus­rei­chende Benet­zung und der Lot­durch­stieg jeder­zeit rea­li­siert werden.“

„Mög­lichst gro­ßer Effekte“
Von die­sem Ansatz pro­fi­tie­ren letzt­lich alle Kun­den, was wie­derum ein typi­schen Ansatz bei Kraus Hard­ware ist: Die Exper­ten sind immer wie­der auf der Suche nach den effi­zi­en­tes­ten und sichers­ten Pro­zes­sen. Dabei legen sie viel Wert auf Details – von der homo­ge­nen Wär­me­ein­brin­gung beim Selek­tiv­lö­ten über das genaue Prü­fen der Sys­teme bis zum eige­nen Werk­zeug­bau. „Unser Motto lau­tet: mög­lichst klei­ner Auf­wand, mög­lichst große Effekte. Am Ende ste­hen opti­male Pro­zesse, die wir bei vie­len Kun­den in die­ser Weise zum Ein­satz brin­gen“, so Andreas Kraus abschließend.

Das Rönt­gen­bild zeigt eine deut­li­che Poren­bil­dung (links).

Hier wer­den die Pins der Ste­cker verzinnt. 

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