In der industriellen Bildverarbeitung haben die neuen CMOS-Sensoren von Sony die Nase ganz vorn. Allerdings erschwert deren LGA-Gehäuse die Herstellung hochwertiger Lötverbindungen. Weptech Elektronik in Landau setzt deshalb bereits seit 2011 eine spezielle Technologie ein, mit der sich die Sensoren im Konvektionsverfahren langzeitstabil auf Leiterplatten auflöten lassen.

„Durch eine spezielle Vorbehandlung und eine neue Abstimmung der Prozessparameter lassen sich die Sensoren unter strikter Einhaltung der Herstellerempfehlung thermisch schonend und nahezu porenfrei in Linie löten", Walter Quinttus, Technologie-Ingenieur bei Weptech. (Bild: Weptech Elektronik)

CMOS-basierenden Bildsensoren gehört die Zukunft. Dieser Trend zeichnete sich bereits in den letzten Jahren ab und wurde jüngst von Sony durch die Abkündigung der traditionellen CCD-Sensoren besiegelt. Zuvor hatte Sony sich mit der Pregius-Serie aus CMOS-Sensoren mit Global Shutter technologisch selbst übertroffen. Seither sind die Flaggschiff-Sensoren IMX174 und IMX249 mit 2,3 MPixel und bis zu 165 Bildern pro Sekunde die neue Referenz in Sachen Sensitivität, Rauscharmut und Geschwindigkeit.

Im Standard-Lötprozess lassen sich die Kriterien der IPC-A610 kaum erfüllen (li). Aber auch Kondensationslöten führt bei CMOS-Sensoren zu suboptimalen Lötergebnissen (re). Weptech Elektronik

Beim herkömmlichen und günstigsten Verfahren zur Kamerafertigung bestückt ein Automat die Leiterplatten mit sämtlichen elektronischen Bauteilen inklusive des Bildsensors und verfährt danach – ebenfalls automatisch – die Baugruppe in den direkt angeschlossenen Lötofen. Dieser verbindet die Bauteile im so genannten Reflow-Konvektionsverfahren elektrisch und mechanisch mit der Platine. Durch den hohen Automatisierungsgrad lassen sich so kleine wie große Stückzahlen sehr schnell und kosteneffizient produzieren. Allerdings gelingt dies nur durch eine aufwändige und detaillierte Abstimmung von Leiterplattenoberfläche, Lotpaste und Lötprofil. In einem Standard-Lötprozess lassen sich die Kriterien der IPC-A610 hinsichtlich der Poren im Lot kaum prozessstabil erreichen.

Bei großflächigen Lötstellen ist das Kondensationslöten (Dampfphasenlöten) mit Vakuum-Unterstützung ein probates Verfahren zur Herstellung porenarmer Lötverbindungen. Bei den genannten CMOS-Sensoren führen jedoch das hohe Gewicht und der geringe Abstand zur Leiterplattenoberfläche trotz Vakuum-Unterstützung zu suboptimalen Lötergebnissen. Zwar sinkt das Volumen der Poren auf eine akzeptable Größe, das Verschleppen von Lot durch den plötzlichen Gasaustritt aus der Lötstelle ist aber selbst bei feiner Vakuumdosierung nicht stabil zu verhindern. Auch wirtschaftlich birgt dieses Verfahren Nachteile, da die Lötanlagen meistens nicht in einer vollautomatischen Fertigungslinie stehen, sondern als Batch-Anlagen zusätzliche Handlingskosten verursachen.

Das von Weptech für LGA-Gehäuse optimierte Reflow-Verfahren im Konvektionsofen liefert auch bei den CMOS-Sensoren reproduzierbar stabile Lötverbindungen. Weptech Elektronik

Mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Elektronikfertigung und der kontinuierlichen technischen Weiterentwicklung der Produktionsmethoden ist es Weptech Elektronik gelungen, das Reflow-Verfahren im Konvektionsofen für Bauteile im LGA-Gehäuse zu optimieren. Das Verfahren liefert auch bei CMOS-Sensoren reproduzierbar stabile Lötverbindungen mit extrem geringem Anteil sehr kleiner Poren.

Walter Quinttus, Technologie-Ingenieur bei Weptech, verrät nur so viel: „Durch eine spezielle Vorbehandlung und eine neue Abstimmung der Prozessparameter lassen sich die Sensoren unter strikter Einhaltung der Herstellerempfehlung thermisch schonend und nahezu porenfrei in Linie löten. Der Prozess ist absolut reproduzierbar und robust, dies haben unsere Kameras bei intensiven Stresstests mit Klimakammer, Langzeitbetrieb und On/Off-Betrieb bewiesen.“

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