PacIFic 2009
Geeignet für
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Wellenlöten ist ein Massenlötverfahren, das in der Elektronikfertigung verwendet wird, um elektronische Bauteilen mit einer Leiterplatte zu verbinden. Das Verfahren wird in der Regel für Bauteilen mit Durchkontaktierungen verwendet, kann aber auch zum Löten einiger SMD-Bauteile (Suface Mount Device) eingesetzt werden, die mit einem SMT-Kleber (Surface Mount Technology) auf die Unterseite der Leiterplatte geklebt werden, bevor sie den Wellenlötprozess durchlaufen. Der Wellenlötprozess umfasst drei Hauptschritte: Fluxen, Vorheizen und Löten. Ein Förderband transportiert die Leiterplatten durch die Maschine. Die Leiterplatten können in einem Rahmen befestigt werden, damit die Breite des Förderbandes nicht für jede einzelne Leiterplatte angepasst werden muss. Das Fluxen erfolgt in der Regel mit einem Sprühfluxer, aber auch Schaumfluxen und Jet-Fluxen sind möglich. Das flüssige Flussmittel wird von der Unterseite der Leiterplatte auf die Oberfläche und in die Durchkontaktierungen aufgetragen. Der Zweck des Flussmittels ist es, die lötbaren Oberflächen der Leiterplatte und der Bauteilen zu desoxydieren und der flüssigen Lotlegierung zu ermöglichen, eine intermetallische Verbindung mit diesen Oberflächen einzugehen, wodurch eine Lötstelle entsteht. Das Vorheizen hat drei Hauptfunktionen. Das Lösungsmittel des Flussmittels muss verdampft werden, da es nach dem Auftragen seine Funktion verliert und zu Lötfehlern wie Lötspritzer und Lötperlen führen kann, wenn es im flüssigen Zustand mit der Lötwelle in Berührung kommt. Flussmittel auf Wasserbasis benötigen im Allgemeinen mehr Vorheizung zum Verdampfen als Flussmittel auf Alkoholbasis. Die zweite Funktion des Vorheizens besteht darin, den Wärmeschock zu begrenzen, wenn die Leiterplatte mit dem flüssigen Lot der Lötwelle in Berührung kommt. Dies kann für einige SMD-Bauteile und Leiterplattenmaterialien wichtig sein. Die dritte Funktion des Vorheizens besteht darin, den Durchstieg des Lots in den Durchkontaktierungen zu fördern. Aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen der Leiterplatte und dem flüssigen Lot wird das flüssige Lot abgekühlt, wenn es in die Durchkontaktierung eindringt. Thermisch schwere Leiterplatten und Bauteilen können dem flüssigen Lot so viel Wärme entziehen, dass es bis zum Erstarrungspunkt abgekühlt wird, wo es erstarrt, bevor es nach oben gelangt. Dies ist ein typisches Problem bei der Verwendung von Sn(Ag)Cu-Legierungen. Eine gute Vorheizung begrenzt den Temperaturunterschied zwischen der Leiterplatte und dem flüssigen Lot und verringert somit die Abkühlung des flüssigen Lots beim Aufstieg in die Durchkontaktierung. Dadurch ist die Chance größer, dass das flüssige Lot die Oberseite der Durchkontaktierung erreicht. In einem dritten Schritt wird die Leiterplatte über eine Lötwelle geführt. Ein Bad, das mit einer Lotlegierung gefüllt ist, wird auf Löttemperatur erw¨rmt. Diese Löttemperatur hängt von der verwendeten Lotlegierung ab. Die flüssige Legierung wird durch Kanäle in einen Wellenformer gepumpt. Es gibt verschiedene Arten von Wellenformern. Ein traditioneller Aufbau ist eine Chip-Welle in Kombination mit einer laminaren Hauptwelle. Die Chip-Welle pumpt das Lot in Richtung der Leiterplattenbewegung und ermöglicht das Löten der Rückseite von SMD-Bauteilen, die durch den Körper des Bauteils selbst vom Wellenkontakt in der laminaren Welle abgeschirmt sind (Schatteneffekt). Die laminare Hauptwelle fließt nach vorne, aber die verstellbare Rückplatte ist so positioniert, dass die Leiterplatte die Welle in einen Rückfluss drückt. Dadurch wird vermieden, dass die Leiterplatte durch die Reaktionsprodukte des Lötens gezogen wird. Ein Wellenformer, der immer beliebter wird, ist die Wörthmann-Welle, die die Funktion der Chip-Welle und der Hauptwelle in einer Welle vereint. Diese Welle ist empfindlicher für die richtige Einstellung und Brückenbildung. Da bleifreie Lotlegierungen hohe Arbeitstemperaturen benötigen und zur starken Oxidation neigen, werden viele Wellenlötprozesse unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Eine neue Markttendenz, die von einigen als die Zukunft des Lötens angesehen wird, ist die Verwendung einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt wie z.B. LMPA-Q. LMPA-Q benötigt weniger Temperatur und reduziert die Oxidation. Sie hat auch einige kostenbezogene Vorteile, wie z.B. einen geringeren Stromverbrauch, geringeren Verschleiß der Lötrahmen und keinen Bedarf an Stickstoff. Außerdem wird die thermische Belastung der elektronischen Bauteilen und der Leiterplattenmaterialien geringer.
Die wichtigsten Vorteile
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Wasserbasierte Lötflussmittel sind flüssige Flussmittel, deren Hauptlösungsmittel Wasser (H2O) ist. Flussmittel auf Wasserbasis haben zahlreiche Vorteile gegenüber Flussmitteln auf Alkoholbasis, wie z.B. geringerer Verbrauch, keine VOC-Emissionen (flüchtige organische Verbindungen), keine Brandgefahr, keine Notwendigkeit für speziellen Transport und Lagerung, geringere Geruchsbelästigung im Produktionsbereich, usw... Viele Elektronikhersteller scheinen jedoch das größere Prozessfenster von Flussmitteln auf Alkoholbasis den Vorteilen von Flussmitteln auf Wasserbasis vorzuziehen. Flussmittel auf Alkoholbasis sind im Allgemeinen weniger empfindlich gegenüber den richtigen Einstellungen des Sprühfluxers, um einen guten Flussmittelauftrag auf der Oberfläche und in den Durchkontaktierungen zu bekommen. Außerdem lassen sie sich beim Vorheizen leichter verdampfen und bergen ein geringeres Risiko, dass verbleibende Lösungsmitteltropfen Lötperlen, Lötzinnspritzer oder Brückenbildung beim Wellenkontakt verursachen. Einige Länder haben jedoch bereits Gesetze erlassen, die den VOC-Ausstoß von Fabrikschornsteinen begrenzen oder Steuern auf VOC-Emissionen erheben. Dies scheint ein zusätzlicher Anreiz zu sein, auf wasserbasierte Flussmittel umzusteigen. Eine aktuelle Entwicklung zwingt viele Hersteller dazu, sich mit wasserbasierten Flussmitteln zu befassen. Die COVID-Pandemie Anfang 2020 hat die Nachfrage nach Desinfektionsmitteln auf Alkoholbasis plötzlich so stark erhöht, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt so gut wie keine Alkohole mehr auf dem Markt verfügbar waren. Es besteht eine gute Chance, dass dies die Akzeptanz von Flussmitteln auf Wasserbasis auf dem Markt erhöht. Auch das weltweite Umweltbewusstsein hat sich in letzter Zeit erheblich verbessert, was viele Unternehmen zu einer ökologischeren und nachhaltigeren Politik veranlasst. Dies wird sich ebenfalls in einer besseren Akzeptanz von Flussmitteln auf Wasserbasis auf dem Markt niederschlagen.