DE102012106942A1 - Method for exchanging defective electronic component arranged on carrier against replacement component, involves securing replacement component on carrier by solder deposit which is formed by spraying solder on carrier - Google Patents

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Abstract

The method involves removing an electronic component (2). The solder is sprayed on a carrier (1) and on a replacement component (22) by a jet printer (3) for the formation of a solder deposit (4). The replacement component is secured on the carrier by the solder deposit. The solder is sprayed on a pad of the replacement component. The carrier is examined by a three-dimensional inspection system (5). The jet printer is controlled by the control data produced by the inspection system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch mindestens einer auf einem Träger angeordneten elektronischen Komponente gegen eine Ersatzkomponente. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Austausch oberflächenmontierbarer Bauteile wie QFNs oder BGAs.The present invention relates to a method for exchanging at least one electronic component arranged on a carrier for a replacement component. More particularly, the invention relates to a method of replacing surface mount devices such as QFNs or BGAs.

Aus der Leiterplattenfertigung sind verschiedene Verfahren zur Bestückung der Leiterplatten bekannt. Beispielsweise werden so genannten SMD-Bauteile (Surface Mounted Device) auf Kontaktflächen auf der Vorderseite der Leiterplatte montiert. THT-Bauteile (Through-Hole-Technology) hingegen besitzen Anschlussdrähte, welche durch eine Öffnung in der Leiterplatte gesteckt und auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte befestigt werden. Hierbei ist auch eine Mischbestückung mit SMD und THT Bauteilen möglich. Das Löten von SMD-Bauteilen erfolgt in der Regel in einem Reflowverfahren. Zur Vorbereitung hierzu wird die Leiterplatte an den zu bestückenden Stellen mit Lotpaste versehen, welche ein Lotpastendepot bildet. Anschließend wird das Bauteil auf dem entsprechenden Lotdepot positioniert. Die so bestückte Leiterplatte wird einer Wärmequelle ausgesetzt, beispielsweise auf eine Heizplatte aufgelegt oder einem Lötofen zugeführt, wobei die Lotpaste aufgeschmolzen und hierdurch eine Verbindung des Bauteils mit der Leiterplatte hergestellt wird.From printed circuit board manufacturing various methods for assembling the printed circuit boards are known. For example, so-called SMD components (Surface Mounted Device) are mounted on contact surfaces on the front side of the printed circuit board. By contrast, THT components (through-hole technology) have connecting wires which are inserted through an opening in the printed circuit board and fastened on the opposite side of the printed circuit board. Here, a mixed assembly with SMD and THT components is possible. The soldering of SMD components is usually done in a reflow process. In preparation for this, the circuit board is provided at the points to be equipped with solder paste, which forms a Lotpastendepot. Subsequently, the component is positioned on the corresponding solder depot. The so-equipped printed circuit board is exposed to a heat source, for example, placed on a hot plate or supplied to a soldering oven, wherein the solder paste is melted and thereby a connection of the component is made with the circuit board.

Es kann vorkommen, dass Bauteile fehlerhaft sind oder im Laufe des Betriebes ausfallen. Insbesondere bei kostenintensiven Bauteilen oder bei Baugruppen mit einer Vielzahl an Bauteilen wird in einem solchen Fall nicht die komplette Baugruppe entsorgt, sondern das fehlerhafte oder defekte Bauteil ausgetauscht. Beim Entfernen des Bauteils bleibt in der Regel Lot zurück, welches jedoch nicht als Lotpastendepot für die Befestigung des Ersatzbauteils ausreicht. Hierdurch ist ein nachträgliches Aufbringen einer individuell zu bestimmenden Lotmenge auf den Träger oder das Bauteil erforderlich. Da die Flächen, auf welche das Lot aufzubringen ist, oftmals sehr klein sind, ist ein Aufbringen mittels Druckschablone meist nur schwer oder gar nicht möglich. Ein manuelles Aufbringen des Lotes ist jedoch aufwendig.It may happen that components are faulty or fail during operation. In particular, in cost-intensive components or assemblies with a variety of components in such a case, not the complete assembly is disposed of, but replaced the faulty or defective component. When removing the component usually remains back solder, which is not sufficient as a solder paste depot for the attachment of the replacement component. As a result, a subsequent application of an individually determined amount of solder on the carrier or the component is required. Since the surfaces to which the solder is to be applied are often very small, application by means of a printing stencil is usually difficult or even impossible. However, a manual application of the solder is expensive.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein effizientes und zuverlässiges Verfahren zum Austausch eines Bauteils auf einem Träger anzugeben.The object of the invention is to provide an efficient and reliable method for exchanging a component on a carrier.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Austauschen mindestens einer auf einem Träger angeordneten elektronischen Komponente gegen mindestens eine Ersatzkomponente, wobei die mindestens eine Komponente entfernt wird, wobei zur Ausbildung eines Lotdepots Lot auf den Träger und/oder auf die Ersatzkomponente aufgesprüht wird, und wobei die Ersatzkomponente zumindest mittels des Lotdepots auf dem Träger befestigt wird.The object is achieved by a method for exchanging at least one electronic component arranged on a carrier for at least one replacement component, wherein the at least one component is removed, wherein solder is sprayed on the carrier and / or on the replacement component to form a solder depot, and wherein the replacement component is attached to the carrier at least by means of the solder deposit.

In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird das Lot mit einem Jetprinter aufgesprüht. Unter einem Jetprinter ist eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Mediums, insbesondere Lotpaste, unter Verwendung der Tintenstrahltechnologie zu verstehen. Hierbei werden kleine Tropfen des Mediums mittels eines oder mehrerer Sprühköpfe auf das zu besprühende Element aufgebracht, wobei der Kopf und das Element automatisch relativ zueinander positionierbar sind. In der Regel wird der Kopf an den erforderlichen Stellen über dem Element positioniert. Es sind auch Geräte bekannt, bei welchen das zu besprühende Element an Stelle des Kopfes bewegt wird.In a first embodiment of the solution according to the invention, the solder is sprayed with a jet printer. A jet printer is to be understood as an apparatus for applying a viscous medium, in particular solder paste, using inkjet technology. In this case, small drops of the medium are applied by means of one or more spray heads on the element to be sprayed, wherein the head and the element are automatically positioned relative to each other. As a rule, the head is positioned at the required locations over the element. There are also known devices in which the element to be sprayed is moved in place of the head.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Lot auf mindestens eine Anschlussfläche der Ersatzkomponente aufgesprüht. Das Lot wird direkt auf die elektronische Komponente aufgebracht. Dies erleichtert den Austausch, da der bereits bestückte Träger nicht mehr einer entsprechenden Vorrichtung zum Aufbringen von Lot zugeführt werden muss. Es ist auch möglich, sowohl den Träger, als auch die Ersatzkomponente mit dem gleichen oder unterschiedlichen Lotmaterial zu versehen.According to one embodiment of the method according to the invention, the solder is sprayed onto at least one pad of the replacement component. The solder is applied directly to the electronic component. This facilitates the exchange, since the already equipped carrier no longer has to be supplied to a corresponding device for applying solder. It is also possible to provide both the carrier and the replacement component with the same or different solder material.

In einer Ausgestaltung wird der Träger nach dem Entfernen der Komponente an der Position der entfernten Komponente auf Lotrückstände untersucht. In einer Weiterbildung wird der Träger mittels eines Inspektionssystems, insbesondere einem 3D-Inspektionssystem, untersucht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für den Fall, dass das Aufsprühen mittels eines Jetprinters erfolgt, der Jetprinter mittels Steuerdaten gesteuert, welche von dem Inspektionssystem erzeugt werden.In one embodiment, after removal of the component at the position of the removed component, the carrier is examined for solder residues. In a further development, the carrier is examined by means of an inspection system, in particular a 3D inspection system. In an advantageous embodiment, in the event that the spraying takes place by means of a jet printer, the jet printer is controlled by means of control data, which are generated by the inspection system.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Form und/oder die Höhe und/oder die Position der Lotrückstände ermittelt wird.An embodiment provides that the shape and / or the height and / or the position of the solder residues is determined.

Gemäß einer Weiterbildung wird das Lot derart aufgebracht, dass sich das Lot und die vorhandenen Lotrückstände zu dem Lotdepot ergänzen. Durch die Ermittlung von Form und/oder Höhe und/oder Position eventuell vorhandener Lotrückständen ist ermittelbar, an welcher Stelle des Trägers welche Menge an Lot zu ergänzen ist, um ein Lotdepot für das Befestigen der Ersatzkomponente zu schaffen.According to a further development, the solder is applied in such a way that the solder and the existing solder residues complement the solder deposit. By determining the shape and / or height and / or position of possibly existing solder residues, it can be determined at which point of the carrier which amount of solder is to be added in order to create a solder deposit for securing the replacement component.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Ersatzkomponente über mindestens eine Lötung auf dem Träger befestigt wird.An embodiment of the method provides that the replacement component is attached to the carrier via at least one soldering.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the following figure.

In 1 ist das Verfahren zum Austausch einer Komponente 2 auf einem Träger 1 an Hand eines Ausführungsbeispiels illustriert.In 1 is the procedure for replacing a component 2 on a carrier 1 illustrated with reference to an embodiment.

Eine Vielzahl an elektronischen Komponenten ist auf einem Träger 1, beispielsweise einer Leiterplatte, angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine der Komponenten auszutauschen; die auszutauschende Komponente 2 ist durch eine dickere Linie dargestellt. Das Verfahren ist jedoch auch für den Austausch mehrerer Komponenten anwendbar. Der Träger 1 durchläuft verschiedene Stationen. Die Pfeile geben den Transportweg des Trägers 1 an.A variety of electronic components is on a support 1 , For example, a circuit board arranged. In the illustrated embodiment, one of the components is to be replaced; the component to be replaced 2 is represented by a thicker line. However, the method is also applicable to the replacement of multiple components. The carrier 1 goes through different stations. The arrows indicate the transport route of the carrier 1 at.

Ein Austausch einer elektronischen Komponente 2 ist beispielsweise bei der Reparatur einer Baugruppe erforderlich. Bei einer Reparatur wird die Funktion einer defekten Baugruppe wiederhergestellt, beispielsweise durch den Austausch einer fehlerhaften elektronischen Komponente 2. Die Baugruppe kann beispielsweise Teil eines Messgerätes zur Bestimmung einer oder mehrerer Prozessgrößen eines Mediums sein. Bei der elektronischen Komponente 2 handelt es sich um eine beliebige elektronische Komponente mit Anschlussflächen zum Verbinden mit einem Träger, insbesondere um ein oberflächenmontierbares Bauteil ohne Anschlussdrähte. Besonders geeignet ist das Verfahren für den Austausch von Bauteilen mit einer komplizierteren Struktur, welche nicht in einem Standardverfahren mit dem Träger 1 verbindbar sind, für BGAs (Ball Grid Array) oder für QFNs (Quad Flat No Lead Package).An exchange of an electronic component 2 is required, for example, when repairing an assembly. During a repair, the function of a defective module is restored, for example by replacing a faulty electronic component 2 , For example, the module can be part of a measuring device for determining one or more process variables of a medium. At the electronic component 2 it is any electronic component with pads for connecting to a carrier, in particular a surface mountable component without connecting wires. Particularly suitable is the method for the replacement of components with a more complicated structure, which is not in a standard method with the carrier 1 connectable, for Ball Grid Array (BGA) or Quad Flat No Lead Package (QFN).

Beim Entfernen der fehlerhaften Komponente 2 wird auch das Lot, mittels welchem die Komponente 2 auf dem Träger 1 befestigt war, zumindest teilweise entfernt. In der Regel bleiben Rückstände 6 des Lotes auf dem Träger 1 zurück. Die Lotrückstände 6 reichen in der Regel nicht zur Bildung eines Lotpastendepots zur Befestigung der entsprechenden Ersatzkomponente 22 aus, sodass das Aufbringen zusätzlichen Lotes erforderlich ist. Die Lotrückstände 6 können mittels eines Inspektionssystems 5 erfasst werden. Beispielsweise handelt es sich um ein optisches Inspektionssystem 5, vorzugsweise um ein 3D-Inspektionssystem. Durch die Erfassung der vorhandenen Lotrückstände 6 ist es möglich, auf die Ersatzkomponente 22 oder den Träger 1 nur noch die Menge an zusätzlichem Lot aufzubringen, welche nötig ist um die Lötung zur Befestigung der Ersatzkomponente 22 auszuführen. Hierdurch kann Lot eingespart werden und vermieden werden, dass zu viel aufgebrachtes Lot nachträglich entfernt werden muss.When removing the faulty component 2 becomes also the Lot, by means of which the component 2 on the carrier 1 was attached, at least partially removed. As a rule, residues remain 6 of the solder on the carrier 1 back. The solder residues 6 usually not sufficient to form a Lotpastendepots for attachment of the corresponding replacement component 22 out, so that the application of additional solder is required. The solder residues 6 can by means of an inspection system 5 be recorded. For example, it is an optical inspection system 5 , preferably a 3D inspection system. By recording the existing solder residues 6 it is possible on the replacement component 22 or the carrier 1 only apply the amount of additional solder, which is necessary to the soldering for attachment of the replacement component 22 perform. As a result, solder can be saved and avoided that too much applied solder must be removed later.

Der Reparaturprozess weist in der illustrierten Ausgestaltung folgende Verfahrensschritte auf: die auszutauschende Komponente 2 wird entfernt, beispielsweise durch Auslöten. Dann wird der Träger 1 mit der freien Position einem Inspektionssystem 5 zugeführt. Mittels des Inspektionssystems 5, vorzugsweise einem 3D-Inspektionssystem, wird der Träger 1 auf Lotrückstände 6 untersucht. Es wird ermittelt, an welcher Stelle welche Menge an Lot benötigt wird, um ein Lotdepot zu schaffen, mittels welchem die Ersatzkomponente 22 befestigbar ist. Im nächsten Schritt wird diese Information dem Jetprinter 3 zugeführt und von diesem die Lotpaste auf den Träger 1 aufgebracht. Hierdurch bildet sich ein Lotdepot 4 aus. Der Jetprinter 3 ermöglicht einen schablonenfreien Druck und ist auch zum Bedrucken kleiner und komplizierter Strukturen geeignet. Nachfolgend wird die Ersatzkomponente 22 auf dem Träger 1 befestigt, indem das Lotdepot 4 aufgeschmolzen wird, beispielsweise in einem Lötofen.In the illustrated embodiment, the repair process has the following method steps: the component to be exchanged 2 is removed, for example by desoldering. Then the carrier 1 with the free position an inspection system 5 fed. By means of the inspection system 5 , preferably a 3D inspection system, becomes the carrier 1 on solder residues 6 examined. It is determined at which point which amount of solder is needed to create a solder deposit, by means of which the replacement component 22 is fastened. In the next step, this information is the Jetprinter 3 fed and from this the solder paste on the carrier 1 applied. This forms a solder deposit 4 out. The Jetprinter 3 allows stencil-free printing and is also suitable for printing on small and complicated structures. The following is the replacement component 22 on the carrier 1 attached by the solder depot 4 is melted, for example in a soldering oven.

Mittels des Inspektionssystems 5 wird die Abweichung der vorhandenen Lotrückstände 6 von einem idealen Lotpastendepot ermittelt. Die fehlende Menge Lot wird dann mittels des Jetprinters 3 an der entsprechenden Stelle auf dem Träger 1 hinzugefügt. Die Steuerdaten für den Jetprinter 3 werden hierbei von dem Inspektionssystem 5 geliefert. Vorzugsweise speichert das Inspektionssystem 3 die ermittelte Information über das inspizierte Lot im Gerberformat ab. Hierdurch sind die Ergebnisse des Inspektionssystems 5 von dem Jetprinter 3 direkt als Steuerdaten verwendbar.By means of the inspection system 5 is the deviation of the existing solder residues 6 determined from an ideal solder paste depot. The missing amount of solder is then using the Jetprinters 3 in the appropriate place on the carrier 1 added. The control data for the Jetprinter 3 are from the inspection system 5 delivered. Preferably, the inspection system stores 3 the determined information about the inspected lot in Gerber format. This is the result of the inspection system 5 from the Jetprinter 3 directly usable as control data.

In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens entfällt das Inspektionssystem 5. Der Träger 1 wird dann mit einer vorgegebenen Menge an Lot bedruckt. Die Information über die Position, an welcher das Lot aufzubringen ist, kann dem Jetprinter 3 beispielsweise manuell zugeführt werden.In another embodiment of the method, the inspection system is eliminated 5 , The carrier 1 is then printed with a predetermined amount of solder. The information about the position at which the solder is to be applied can be given to the Jetprinter 3 be supplied manually, for example.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung wird alternativ oder zusätzlich zu dem Träger 1 die Ersatzkomponente 22 dem Jetprinter 3 zugeführt. Mittels des Jetprinters 3 wird Lotpaste auf die Anschlussflächen der Ersatzkomponente 22 aufgesprüht. Die Lotmenge wird entweder auf eventuell vorhandene Lotrückstände 6 auf dem Träger 1 abgestimmt, oder die Ersatzkomponente 22 wird mit einer vorgegebenen Menge an Lot versehen. Die Inspektion des Trägers 1 kann in letzterem Fall entfallen. Die Befestigung der Ersatzkomponente 22 ist auch möglich, wenn Lotrückstände 6 vorhanden sind, sodass eventuell vorhandene Lotrückstände 6 nicht entfernt werden müssen.In a further alternative embodiment, as an alternative or in addition to the carrier 1 the replacement component 22 the Jetprinter 3 fed. By means of the Jetprinters 3 Solder paste is applied to the pads of the replacement component 22 sprayed. The amount of solder is either on any existing solder residues 6 on the carrier 1 matched, or the replacement component 22 is provided with a predetermined amount of solder. The inspection of the carrier 1 can be omitted in the latter case. The attachment of the replacement component 22 is also possible if solder residues 6 are present so that any existing solder residues 6 do not need to be removed.

Das beim Schablonendruck bestehende Problem, dass die Lotpaste bei Öffnungen geringer Größe nicht aus der Schablonenöffnung herausgelöst werden kann, besteht beim Jetprinting nicht, sodass ein zuverlässiges und einfaches Aufbringen der Lotpaste ermöglicht ist. Das Reparaturverfahren ist somit besonders schnell durchführbar und erfordert in der Regel kein Nachbessern. Weiterhin sind mittels des Jetprintings auch die elektronischen Ersatzkomponenten 22 selbst mit Lot besprühbar.The problem with stencil printing, that the solder paste can not be removed from the stencil opening in the case of small openings, does not exist in jet printing, so that a reliable and simple application of the solder paste is possible. The repair process is thus very quickly feasible and usually requires no improvement. Furthermore, by means of the Jetprintings also the electronic spare components 22 even sprayable with solder.

Obgleich nur eine auszutauschende Komponente 2 dargestellt ist, können auch mehrere Komponenten 2 gleichzeitig ausgetauscht werden. Die beschriebenen Verfahrensschritte werden dann jeweils für alle auszutauschenden Komponenten durchgeführt.Although only one component to be replaced 2 can also be shown several components 2 be replaced at the same time. The described method steps are then carried out in each case for all components to be exchanged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Leiterplatte circuit board
22
Auszutauschende Komponente Component to be replaced
2222
Ersatzkomponente replacement component
33
Jetprinter Jetprinter
44
Lotdepot solder deposit
55
Inspektionssystem inspection system
66
Lotrückstände solder residues

Claims (9)

Verfahren zum Austauschen mindestens einer auf einem Träger (1) angeordneten elektronischen Komponente (2) gegen mindestens eine Ersatzkomponente (22), wobei die mindestens eine Komponente (2) entfernt wird, wobei zur Ausbildung eines Lotdepots (4) Lot auf den Träger (1) und/oder auf die Ersatzkomponente (22) aufgesprüht wird, und wobei die Ersatzkomponente (22) mittels des Lotdepots (4) auf dem Träger (1) befestigt wird.Method for exchanging at least one on a support ( 1 ) arranged electronic component ( 2 ) against at least one substitute component ( 22 ), wherein the at least one component ( 2 ) is removed, wherein the formation of a solder deposit ( 4 ) Lot on the carrier ( 1 ) and / or the replacement component ( 22 ) and wherein the replacement component ( 22 ) by means of the solder depot ( 4 ) on the support ( 1 ) is attached. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot mit einem Jetprinter (3) aufgesprüht wird.A method according to claim 1, characterized in that the solder with a jet printer ( 3 ) is sprayed on. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot auf mindestens eine Anschlussfläche der Ersatzkomponente (22) aufgesprüht wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the solder on at least one pad of the replacement component ( 22 ) is sprayed on. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) nach dem Entfernen der Komponente (2) an der Position der entfernten Komponente (2) auf Lotrückstände (6) untersucht wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 1 ) after removing the component ( 2 ) at the position of the removed component ( 2 ) on solder residues ( 6 ) is examined. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) mittels eines Inspektionssystems (5), insbesondere einem 3D-Inspektionssystem, untersucht wird.Method according to the preceding claim, characterized in that the carrier ( 1 ) by means of an inspection system ( 5 ), in particular a 3D inspection system. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und/oder die Höhe und/oder die Position der Lotrückstände (6) ermittelt wird. Method according to claim 4 or 5, characterized in that the shape and / or the height and / or the position of the solder residues ( 6 ) is determined. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot derart aufgebracht wird, dass sich das Lot und die vorhandenen Lotrückstände (6) zu dem Lotdepot (4) ergänzen.Method according to at least one of claims 4-6, characterized in that the solder is applied in such a way that the solder and the existing solder residues ( 6 ) to the solder depot ( 4 ) complete. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Jetprinter (3) mittels Steuerdaten gesteuert wird, welche von dem Inspektionssystem (5) erzeugt werden.Method according to claims 2 and 5, characterized in that the jet printer ( 3 ) is controlled by means of control data generated by the inspection system ( 5 ) be generated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ersatzkomponente (22) über mindestens eine Lötung auf dem Träger (1) befestigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the replacement component ( 22 ) via at least one soldering on the support ( 1 ) is attached.
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