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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Löt- und

Löt- und Verbindungstechnik Impression vom Laserlöten (Quelle: Wolf Produktionssysteme) • Fixieren • Fluxen (Flussmittelauftrag) • Vorheizen • Löten Die letzten drei Schritte werden in einem Programm definiert. Das gelingt heute meist in kurzer Zeit (einige Minuten). • Fixieren Die Fügeteile, wie z.B. bedrahtete Bauteile, werden in ein Trägerteil gesteckt und mit Klemmsitz oder einer Vorrichtung fixiert. Die Fixierung von SMT-Bauteile erfolgt hingegen durch Kleben. • Fluxen Dies kann durch Aufsprühen (Sprayfluxen) oder Aufschäumen (Schaumfluxen) geschehen. Sprühfluxer ermöglichen eine feinere Dosierung durch die Festlegung der Durchflussmenge. Bei Sprühfluxern kann der Bereich des Flussmittelauftrages in x- und y-Richtung durch Anfangs- und Endpunkte festgelegt werden. Ein Jet-Fluxer gewährleistet den tropfengenauen Flussmittelauftrag. Dabei ist der Fluxer meist in der Lage, sowohl einzelne Punkte als auch ganze Linien (z.B. für Pins von Dual-Inline-ICs oder Steckerleisten) auf einmal zu bearbeiten. Eine Kontrolle des Flussmittelstrahls gewährleistet, dass Flussmittel in jedem Falle auch tatsächlich aufgetragen wurde. Eine Absaugung unterbindet einen Flussmitteldampf-Austritt aus dem Fluxer. Reparaturlöten • Vorheizen Sinn und Zweck des Vorheizens ist es, das Flussmittel für eine gute Lötstellenbenetzung und damit für den optimalen Durchstieg richtig zu aktivieren. Man kann zwischen Ober- und Unterheizung unterscheiden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten des Vorheizens, beispielsweise auf Basis von Infrarot, mittels Konvektionsheizung (Verwirbelung der Wärme) oder mit einer Wendelheizung. Dies geschieht aus mehreren Gründen: um den Lösungsmittelanteil des Flussmittels zu verdampfen (sonst Blasenbildung beim Lötvorgang), um die chemische Wirkung der Aktivatoren zu erhöhen und um einen Temperaturverzug der Baugruppe sowie Schädigung der Bauteile durch einen zu steilen Temperaturanstieg beim nachfolgenden Löten zu vermeiden. In der Regel wird eine Temperaturdifferenz unter 120 K gefordert. Das bedeutet, dass bei einer Löttemperatur von 250 °C die Platine auf mindestens 130 °C aufgewärmt worden sein muss. Genaue Daten liefern Temperaturprofile. Wichtig ist es, Spannungen auf der Leiterplatte infolge der Wärmezufuhr zu vermeiden und eine optimale (ausgeglichene) Wärmeverteilung zu erreichen. Modularen Inline- Anlagen lassen sich mit mehreren Vorheizmodulen ausstatten, um verschiedene Leiterplatten gleichzeitig vorzuheizen und zu löten. Eine moderne Vorheizung reguliert sich selbstständig entsprechend der Größe der Baugruppe. Konventionelle Vorheizungen arbeiten nach dem Zeit/Leistungs- Schema: Mit einer bestimmten Heizleistung wird über eine bestimmte Zeit vorgewärmt. Dies führt jedoch je nach Leiterplatte zu unterschiedlichen Temperaturen auf der Baugruppe. Arbeitet man hingegen mit einer Pyrometer-Kontrolle, so wird die Temperatur durchgehend direkt auf der Platinenoberseite gemessen. Die Baugruppe wird dadurch exakt vorgewärmt, ein Überhitzen der Baugruppe ist ausgeschlossen. • Löten Dabei wird die Baugruppe über eine oder zwei Lotwellen gefahren. Die Lotwelle wird durch Pumpen von flüssigem Lot durch eine Öffnung erzeugt. Bei der Chipwelle erfolgt Mit der Anlage Firefly4D stößt Seica in die vierte Dimension des Laser- Selektivlötens vor. Das neue optische Konzept und die überarbeitete Architektur sind voll auf Industrie 4.0 ausgerichtet und erweitern die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technik (Quelle: Seica) „Reparaturlötanlagen haben eine Miniaturwelle (je nach Bauart des Wellenformers von ca. 3 × 10 cm bis ca. 10 × 25 cm). Wird nach dem Schwalllöten festgestellt, dass Bauteile nicht auf der Leiterplatte aufliegen oder verkehrt herum eingelötet wurden, muss nachgearbeitet werden. Typische Anwendungen sind hier Bauelemente mit vielen Pins (Stecker, Stiftleisten…) oder Bauelemente, die eine hohe Wärmeaufnahmekapazität besitzen und mit anderen Reparaturlötverfahren nicht oder nur unter erheblichem Aufwand ausgetauscht werden können. Beim Reparaturlöten wird im betroffenen Bereich der Baugruppe Flussmittel aufgetragen und die Baugruppe in das flüssige Löt des Reparaturschwallbads gegeben. Der Wärmeeintrag des flüssigen Lotes schmilzt das Lot der Bauelemente auf der Leiterplatte an, so dass das betroffene Bauelement entweder ausgerichtet oder herausgezogen werden kann. Beim Austausch eines Bauelements wird unmittelbar darauf ein neues Bauelement in die Leiterplatte gesetzt. Das flüssige Lot stellt die Lötverbindung zwischen dem Bauelement und der Leiterplatte her.“ (Wikipedia) 16 3/2018

Löt- und Verbindungstechnik Impression vom Induktionslöten (Quelle: eldec) dies durch einen Spalt, bei der Wörthmannwelle durch die Löcher einer Lochplatte, sonst entsteht die Lotwelle durch die Langlöcher einer Lochplatte. Basis ist oft ein Löttiegel. Damit sollten sich bleihaltige wie auch bleifreie Lötlegierungen verarbeiten. Der Löttiegel kann beschichtet sein oder aus Titan bestehen. Beim Löten bedeckt Stickstoff das gesamte Lötbad zwecks Verminderung der Bildung von Krätze bzw. Schlacke. An der Lötdüse aus dem Tiegel strömendes Schutzgas sorgt für einen oxidationsfreien Lötprozess. Je ausgeglichener man das Strömungsverhalten des Lots im Pumpenkanal halten kann, umso gleichmäßiger wird die Lötwelle sein. Ihre Höhe sollte überwacht und möglichst automatisch korrigiert werden. Nur so lässt sich eine dauerhafte Reproduzierbarkeit gewährleisten. Das Miniwellen-Selektivlöten Wellenlöten oder Schwalllöten nennt man ein Verfahren, mit dem elektronische Baugruppen (Leiterplatten, Flachbaugruppen) halb- oder Der Lötroboter Vario (s. Text) vollautomatisch nach dem Bestücken gelötet werden. Das Selektivlöten mit Miniwelle ist ein selektives Weichlötverfahren, bei dem die Fügeteile in ein punktförmig begrenztes Schwallbad aus flüssigem Lot getaucht und verlötetet werden. Die Lötung erfolgt grundsätzlich von der Unterseite. Sowohl manuelle Arbeitsplätze als auch vollautomatische Stationen sind möglich. „Das Verfahren entspricht prinzipiell dem Wellenlöten, jedoch ist bei der Miniwelle die Lötfläche auf einen kleinen Abschnitt der Leiterplatte begrenzt. Die Fügeteile werden mit einem Flussmittel benetzt, vorgewärmt und dann mit einer geeigneten Handhabung in eine stehende Miniwelle aus flüssigem Lötzinn getaucht. Bei der fließenden Miniwelle bewegt die Handhabung die Fügeteile gegen die Fließrichtung des Lots durch den Lotschwall. Bei beiden Verfahren wird die Miniwelle mit Stickstoff umspült. Die Miniwelle ermöglicht das Löten von mehreren Lötstellen in einem Prozessschritt mit einer hohen und gleichmäßigen Qualität.“ (www.xpertgate.de/produkte/Wellenloeten-Miniwelle.html) Die Miniwelle gibt es in zwei Bauarten: Die stehende Miniwelle basiert auf einer senkrecht angebrachten Düse in einem Lötbad aus flüssigem Zinn, durch die Lötzinn hochgepumpt wird, das eine tropfenförmige Oberfläche bildet. „In der Mitte der Düse ist ein zweites Rohr als Abfluss integriert oder das Lot fließt außen ab. Die kontinuierliche Fließbewegung verhindert das Entstehen einer Oxidhaut an der Oberfläche und das Abkühlen des Lots. Die Höhe der Lotbad-Oberfläche wird automatisch überwacht und geregelt. An der Lötstelle werden die Fügeteile in die Miniwelle getaucht und verzinnt. Wenn die Fügeteile aus der Schmelze gehoben werden, erstarrt das Lot. Bei der Bauform der extern abfließenden Miniwelle wird das flüssige Lot über eine waagrecht verlaufende Kante gepumpt. Hierbei werden die Fügeteile zum Löten von einem Handhabungssystem gegen die Fließrichtung durch das Lötbad gezogen. Damit zwischen benachbarten Lötstellen keine Lötbrücken entstehen, wird das Werkstück in einem Neigungswinkel von ca. 5-10° geführt, um das Lot definiert vom Werkstück abreißen und dann erstarren zu lassen.“ (www. xpertgate.de/produkte/Wellenloeten-Miniwelle.html) Das Selektivlöten nach dem Hub-/ Tauchverfahren ist eine Variante, bei der ein produktspezifisches Mehrfachdüsen-Lötwerkzeug eingesetzt wird. Dann werden alle dafür vorgesehenen Bauteile gleichzeitig gelötet, indem die Leiterplatte auf die angeordneten Düsen abgesenkt wird. Mehrere Miniaturwellen bilden hier ein Mehrfachwellen-System. Die Induktionspumpe erzeugt eine nahezu laminare Strömung bei turbulenzfreier Beförderung von geschmolzenem Lot (Quelle: Eutedect) Das Laser-Selektivlöten Laser-Technologie passt gut zur Miniaturisierung und Integration von elektronischen Komponenten. Leistung, Wellenlänge, Art der Strahlung und Optik lassen sich so wählen, dass unterschiedlichen Anforderungen optimal entsprochen werden kann. So sorgt beim Lötprozess die Optik für einen konischen Strahl, der sich so verändern und richten lässt, dass er immer im richtigen Fokus auf die Lötstelle trifft. „Die Verwendung der Laser-Technologie für das Selektivlöten ermöglicht eine präzise Erwärmung der Lötstelle, die einen hohen thermischen Stress verhindert und erlaubt das Löten von empfindlichen Komponenten bei hohen Temperaturen. Die Übertragung der Hitze und Energie durch den Laser-Strahl vermeidet komplett den mechanischen Kontakt, die Komponenten müssen nicht befestigt werden und die Anzahl der zu wartenden Teile ist wesentlich geringer. Die Verwendung einer Fokussieroptik erlaubt das Löten bei kleinen Abständen und von Finepitch-Komponenten. Eine motorisierte Optik optimiert den Fokuspunkt für jede Lötverbindung. Zu bemerken ist die niedrige Leistungsaufnahme dieser Systeme, kombiniert mit dem Wegfall von Aufwärmzeiten.“ (https://epp. industrie.de/bleifreie-fertigung/derlaser-beim-selektivloeten) Vorteile durch Stickstoff als Prozessgas • verbesserte Lötverbindungen durch höhere Benetzungsgeschwindigkeiten • erheblich reduzierter Lotverbrauch durch Reduzierung der Zinn- Blei-Oxide (Krätze) • reduzierter Flussmittelverbrauch, milder aktivierte Flussmittel • Sauberkeit der Flachbaugruppen • reduzierter Wartungsaufwand • umweltschonend • Einsatz bleifreier Lote möglich 3/2018 17

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