Wellenlötofen und Reflow-Ofen
Was ist Wellenschweißen, Reflow-Schweißen? Worauf ist bei der entsprechenden Produktion zu achten?
Beim Wellenschweißen wird das Lötmaterial (eine Blei-Zinn-Legierung) geschmolzen und mittels einer elektrischen oder elektromagnetischen Pumpe in die vorgegebene Lötwellenform gebracht. Alternativ kann Stickstoff in das Lötbad eingeleitet werden, sodass die mit Bauteilen bestückte Leiterplatte die Lötwellenform passieren kann. Dadurch wird eine weiche Lötverbindung zwischen den Bauteilen bzw. Pins und den Lötpads der Leiterplatte hergestellt. Je nach Geometrie der verwendeten Lötwellen lassen sich verschiedene Wellenschweißsysteme unterscheiden.
Wellenschweißverfahren: Das Bauteil in die entsprechende Bauteilbohrung einsetzen → Vorbeschichtung mit Flussmittel → Vorbacken (Temperatur 90-1000 °C, Länge 1-1,2 m) → Wellenschweißen (220-2400 °C) → Entfernen der überflüssigen Stopfenfüße → Inspektion.
Beim Reflow-Lötverfahren wird die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Lötende bzw. dem Stift des oberflächenmontierten Bauteils und dem Pad der Leiterplatte durch erneutes Aufschmelzen des zuvor auf dem Pad der Leiterplatte verteilten pastösen Lots hergestellt.
Das Wellenschweißen ist eine neue Schweißtechnologie, die dem gestiegenen Umweltbewusstsein Rechnung trägt. Früher wurde eine Zinn-Blei-Legierung verwendet, doch Blei ist ein Schwermetall und sehr gesundheitsschädlich. Daher gibt es nun ein bleifreies Verfahren. Dabei kommen eine Zinn-Silber-Kupfer-Legierung und ein spezielles Flussmittel zum Einsatz. Die Schweißtemperatur erfordert eine immer höhere Vorwärmtemperatur. Nach dem Durchlaufen der Schweißzone ist außerdem eine Kühlstation erforderlich. Dies dient einerseits der Vermeidung von Thermoschocks und andererseits der Verhinderung von Störungen bei der Prüfung von Leiterplatten.
Warum N2-Schutz
Mit zunehmender Bestückungsdichte hat die Entwicklung der Feinraster-Bestückungstechnologie das stickstoffgefüllte Reflow-Lötverfahren und die dazugehörigen Anlagen hervorgebracht, die Qualität und Ausbeute des Reflow-Lötens verbessert und sich zur Entwicklungsrichtung des Reflow-Lötens entwickelt hat. Das Stickstoff-Reflow-Löten bietet folgende Vorteile:
Verhindern Sie die Reduktion der Oxidation
Erhöhung der Schweißbenetzungskraft und Beschleunigung der Benetzungsgeschwindigkeit
Die Erfindung kann die Produktion von Zinnkugeln reduzieren, Brückenbildung vermeiden und eine gute Schweißqualität erzielen.
Für die Erreichung der geforderten Schweißqualität ist es besonders wichtig, Lötpasten mit geringerem Flussmittelanteil zu verwenden. Dadurch lässt sich die Lötverbindungsqualität verbessern und die Farbveränderung des Grundmaterials reduzieren. Der Nachteil besteht jedoch in den deutlich höheren Kosten, die mit dem Stickstoffbedarf steigen. Je nachdem, ob im Ofen ein Sauerstoffgehalt von 1000 ppm oder 50 ppm erreicht werden soll, ist der Stickstoffbedarf unterschiedlich. Die Hersteller von Lötpasten arbeiten daher intensiv an der Entwicklung waschfreier Lötpasten, die auch in sauerstoffreicher Atmosphäre gut löten und so den Stickstoffverbrauch senken.
Für die Einführung von Stickstoff beim Reflow-Löten ist eine Kosten-Nutzen-Analyse erforderlich. Zu den Vorteilen zählen eine höhere Produktausbeute, eine verbesserte Qualität, eine Reduzierung der Nacharbeits- oder Reparaturkosten usw. Eine vollständige Analyse zeigt oft, dass die Einführung von Stickstoff die Endkosten nicht erhöht, im Gegenteil, wir können davon profitieren.
Die meisten derzeit verwendeten Öfen sind Umluftöfen, bei denen die Kontrolle des Stickstoffverbrauchs schwierig ist. Die Erfindung umfasst mehrere Verfahren zur Reduzierung des Stickstoffverbrauchs, darunter die Verkleinerung der Ein- und Auslassöffnungen. Ein wichtiger Aspekt ist die Verwendung von Abdeckplatten, Rollläden oder Ähnlichem, um den nicht genutzten Bereich des Ein- und Auslasses abzudecken. Ein weiteres Verfahren nutzt das Prinzip, dass eine heiße Stickstoffschicht leichter als Luft ist und sich daher weniger leicht mit ihr vermischt. Bei der Ofenkonstruktion wird die Heizkammer höher als Ein- und Auslass angeordnet, wodurch sich eine natürliche Stickstoffschicht in der Heizkammer bildet. Dies reduziert die benötigte Stickstoffmenge und gewährleistet die erforderliche Reinheit.
Anwendungsbeispiel der Instrumentenkorrelation
Diagramm zur Sauerstoffgehalts- und Stickstoffflussregelung
Workflow
