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Stickstoff und die Fortschritte beim Wellenlöten

Die Massenproduktion von Leiterplatten (PCBs) nahm in den 1950er Jahren mit einem sogenannten Wellenlötverfahren Fahrt auf. Beim Wellenlöten wird die Unterseite der Leiterplatte mit Flussmittel besprüht und anschließend erhitzt, bevor sie über eine Lötwelle geführt wird. Diese verlötet die Bauteile auf die Leiterplatte und eignet sich zwar am besten für die Durchgangsmontage, wird aber auch in der Aufputztechnik (SMT) eingesetzt.

Teilgasaufbereitungs- und Tunnelsysteme

Während die Lötqualität von der Temperatur und dem Prozess abhängt, zeichnet sich das Wellenlöten durch Probleme wie Fehlerbildung (z. B. Stiftloch- und Blaslochlötverbindungen), hohen Fluss, Löt- und Stromverbrauch sowie Nacharbeit und zusätzlichen Reinigungsbedarf aus. Um Defekte und Ineffizienzen zu minimieren, wird das Wellenlöten in einer inerten Umgebung wie der mit Stickstoff durchgeführt. Wenn das Wellenlöten in einer Stickstoffumgebung durchgeführt wird, können zwei Ansätze verwendet werden: Teilgasbehandlung oder Tunnelsystem. Bei der Teilgasbehandlung liegt nur die Lötwelle unter einer Stickstoffdecke. Im Tunnelsystem werden alle Prozessschritte in einer Stickstoffumgebung durchgeführt. 

Phasen des Wellenlötprozesses

Nachfolgend sind die Stufen des Wellenlötens aufgeführt:

 

  • Flussmittel: Flussmittel (ein chemisches Mittel, das Oxide entfernt) wird auf die Unterseite der Leiterplatte gesprüht, um eine saubere Oberfläche zu gewährleisten, auf der effektiv gelötet werden kann. Es bewirkt, dass die Oxide von der Platinenoberfläche und den Pins entfernt werden. Es ermöglicht auch eine bessere Wärmeübertragung.
  • Erhitzung: Die Platine wird durch eine Wärmequelle geführt, um den Fluss zu aktivieren.
  • Löten: Die Leiterplatte wird über einen Tank mit flüssigem Lot geführt, in dem sich eine Welle bildet, die die Komponenten mit der Platine verbindet.
  • Kühlung: Nach dem Löten wird die Platine auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Reinigung: Im letzten Schritt werden die Flussmittelreste ausgewaschen und die Platine mit Lösungsmitteln gewaschen.

 

Sowohl die Teilgasbehandlung als auch das Tunnelsystem reduzieren die Schlackenbildung erheblich. Da das Tunnelsystem des Wellenlötens jedoch in allen Phasen in einer Stickstoffumgebung arbeitet, ist es effektiver als das Teilgassystem und produziert weniger Schlacke, wodurch der Bedarf an Entnahme und Ersatz durch Lot reduziert wird, was zu einem geringeren Lotverbrauch und geringeren Kosten führt. Aber Stickstoff kann mehr als nur Schlacke reduzieren.

Electronic component  held with tweezers by an engineer over a green motherboard.

Auswirkungen von Stickstoff auf das Löten

Als Inertgas reduziert Stickstoff die Oxidation durch Verdrängung von Sauerstoff, was ein angemessenes Ausbreitungsverhalten bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht. Sie reduziert auch die Fehlerbildung, die durch Unvollkommenheiten verursacht werden, die nicht in den Prozess, das Material oder die Oberfläche eingebracht werden. Es verbessert die Fließeigenschaften und die Benetzbarkeit (Verklebung zwischen Lot und Leiterplatte/Bauteil). Die Verwendung von Stickstoff reduziert auch die Menge und Intensität des erforderlichen Flusses, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt. Vor allem führt dies zu hochwertigen Lötverbindungen, die weniger Wärme und Flussmittel benötigen.
 

Die Branchenpräferenz für die Verwendung von Stickstoff beim Löten wird stark durch das verbesserte Prozessfenster beeinflusst, da die Durchführung des Produktionsprozesses in Stickstoff im Vergleich zu Luft Probleme, wie die Fehlerbildung, reduziert. Aber auch die Kostenvorteile sind wichtig, denn die Einsparungen gleichen die Stickstoffkosten aus. Insbesondere die Stickstofferzeugung vor Ort ist daher ein besserer Fall für Kosten- und Ressourceneinsparungen.

Stickstoff vor Ort für hochwertiges Löten

Ein Stickstoffgenerator vor Ort gibt Ihnen nicht nur die Kontrolle über die Luftreinheit für Lötzwecke (was entscheidend für ein angemessenes Lötstreuverhalten bei niedrigeren Temperaturen ist), sondern senkt auch Ihre Betriebskosten (im Vergleich zu einer Fremdversorgung) und stellt sicher, dass Sie einen konstanten Stickstoffgasfluss haben, wenn Ausfallzeiten die Produktion unterbrechen können.

 

Die eigene Stickstofferzeugung mit einem Stickstoffgenerator vor Ort ermöglicht ein sichereres Handling und sorgt für einen geringeren CO2-Fußabdruck. Darüber hinaus lassen sich Stickstoffgeneratoren vor Ort, wie die von Pneumatech, einfach in bestehende Systeme integrieren.

PSA nitrogen generators family

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