Beitrag zur optimalen Verbindungstechnik in der Oberflächenmontage (SMT)

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 23

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-08-10
Issue Year
1991
Authors
Flohr, Rainer
Editor
Geiger, Manfred
Feldmann, Klaus
Publisher
Carl Hanser
ISBN
3-446-16568-1
Abstract

Circuitry based on printed circuit boards can be realized much more complex in the smallest space by the introduction of the SMD technology than was possible with the wired technology. The developments in the field of components, especially in the case of customer-specific circuits (ASIC’s), require housings with in some cases over 200 connections. The wiring problem that this creates can only be solved by using multilayer technology. However, only the two printed circuit board tops are still available to solve the resulting connection problems. The increasing number of soldering points per printed circuit board, the miniaturization of the connection pin spacing, the expansion of the component variants and the increasing assembly density place ever increasing demands on the methods and manufacturing equipment for connection technology. On the other hand, there is also a trend in electronics manufacturing towards smaller lot sizes and shorter product cycles. For this reason, the connection technology in the SMT is taken up in view of the increasing requirements. The aim of this work was the development, implementation and testing of solutions to connection problems in the SMT. In particular, manufacturing aspects for the planning and use of manufacturing resources in connection technology should be taken into account. As a consequence of the new developments in the field of solder paste application and the associated uncertainty in industrial companies, the PASTE program was developed. This chapter describes the structure and performance of the program and demonstrates it in a specific application. The results lead to the conclusion that dispensing technology will become more important as an alternative to screen printing in the future, since it can be used economically in highly flexible production. The computer-aided selection of soldering systems enables preselection of the systems on the market for a specific range of boards. Through the implementation of this module, after the computer-assisted selection of placement machines and screen printers have already been implemented by the author, complete SMD lines can be configured with PC support using a specified specification. A number of CAD / CAM process chains, e.g. for mask creation, already successfully used. There was still a deficit for IR soldering, since the layout information required to determine the soldering parameters would have to be entered manually without a computer link. The implementation of the coupling from the CAD system to the soldering system and the implemented algorithm for calculating the soldering parameters for a given temperature profile are described in detail. As a result, the number of soldering attempts required can be kept to a minimum. This work should further motivate and encourage the transfer of the tools developed into solutions that can be used industrially, since if used consistently in work planning and production, considerable rationalization effects could be achieved.

Abstract

Schaltungen auf Leiterplattenbasis können durch die Einführung der SMD-Technik wesentlich komplexer auf engstem Raum realisiert werden, als dies bei der bedrahteten Technik möglich war. Die Entwicklungen auf dem Gebiet der Bauelemente, insbesondere bei kundenspezifischen Schaltkreisen (ASICs), bedingen Gehäuse mit zum Teil über 200 Anschlüssen. Das verdrahtungstechnische Problem, das dadurch hervorgerufen wird, kann nur durch Einsatz der Multilayertechnik gelöst werden. Für die Lösung der resultierenden verbindungstechnischen Problematik stehen jedoch weiterhin nur die beiden Leiterplattenoberseiten zur Verfügung. Die steigende Anzahl der Lötstellen pro Leiterplatte, die Miniaturisierung der Anschlußbeinchenrastermaße, die Ausweitung der Bauelementevarianten und die zunehmende Bestückdichte stellen immer höhere Anforderungen an die Verfahren und Fertigungsmittel zur Verbindungstechnik. Andererseits besteht auch in der Elektronikfertigung der Trend zu kleineren Losgrößen und kürzeren Produktzyklen. Deshalb wird in der vorliegenden Arbeit die Verbindungstechnik in der SMT im Hinblick auf die steigenden Anforderungen aufgegriffen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung, die Realisierung und die Erprobung von Lösungen zu verbindungstechnischen Problematiken in der SMT. Es sollten hierbei insbesondere fertigungstechnische Aspekte für die Planung und den Einsatz von Fertigungsmitteln in der Verbindungstechnik berücksichtigt werden. Als Konsequenz aus den neuen Entwicklungen auf dem Gebiet des Lotpastenauftrags und der damit verbundenen Unsicherheit in den Industrieunternehmen, wurde das Programm PASTE entwickelt. In diesem Kapitel wird der Aufbau und die Leistungsfähigkeit des Programms beschrieben und an einem konkreten Einsatzfall demonstriert. Die Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß die Dispenstechnik als Alternative zum Siebdruck in Zukunft an Bedeutung gewinnen wird, da sie bei hochflexibler Fertigung wirtschaftlich angewendet werden kann. Die rechnergestützte Auswahl von Lötanlagen ermöglicht die Vorselektion der am Markt befindlichen Anlagen für ein spezifisches Platinenspektrum. Durch die Realisierung dieses Moduls können, nachdem die rechnergestützte Auswahl von Bestückautomaten und Siebdruckern vom Autor schon implementiert wurden, komplette SMD - Linien anhand eines vorgegebenen Pflichtenheftes PC - gestützt konfiguriert werden. In der Elektronikproduktion werden eine Reihe von CAD / CAM - Verfahrensketten, z.B. für die Maskenerstellung, schon erfolgreich eingesetzt. Ein Defizit bestand noch für das IR - Löten, da die zur Bestimmung der Lötparameter benötigten Layoutinformationen ohne Rechnerkopplung manuell eingegeben werden müßten. Die Realisierung der Kopplung vom CAD - System zur Lötanlage sowie der implementierte Algorithmus zur Berechnung der Lötparameter für ein vorgegebenes Temperaturprofil werden ausführlich beschrieben. Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Lötversuche auf ein Minimum beschränkt werden. Diese Arbeit soll weiterhin motivieren und ermutigen, die entwickelten Werkzeuge in industriell einsetzbare Lösungen zu übertragen, da bei konsequenter Anwendung in der Arbeitsplanung und in der Fertigung erhebliche Rationalisierungseffekte erzielt werden könnten.

Series
Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
23
Notes
Nach Rechteübertragung des Meisenbach-Verlags auf die FAU digitalisiert und online gestellt durch Geschäftsstelle Maschinenbau und Universitätsbibliothek der FAU im Jahr 2020. Koordination der Reihe: Dr.-Ing. Oliver Kreis. Für weitere Informationen zur Gesamtreihe siehe https://mb.fau.de/diss
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