2-2013

Löt- und Verbindungstechnik
die Verbindung erst möglich
macht. Nach Art und Weise des
Wärmeeintrags unterscheiden
sich denn auch die Verfahren
grundsätzlich.
Ein ganz wesentlicher Faktor
ist die Oberflächenreinheit
vor und nach dem Lötprozess!
Desoxidation mithilfe chemisch
wirkender Flussmittel
ist in fast allen Fällen für eine
Lötung unabdingbar. Zwangsläufig
ergeben sich dadurch aber
unerwünschte Flussmittelrückstände,
die zu späteren Folgeschäden
führen können. Deshalb
ist die Lötstellen-Nachreinigung
ein wichtiges Qualitätsmerkmal.
ACI ecoTec ist führender
Anbieter in punktueller CO 2 -
Schneestrahl Reinigung, die
sich prozesstechnisch mit der
Punktlötung in idealer Weise
verbinden lässt. Sie verhindert
die spätkorrosiven Wirkungen
durch aggressive Flussmittelbestandteile.
Von der allgemeinen Betrachtung
des Punktlötens nun zu
den entscheidenden Kriterien
für oder gegen ein Verfahren. In
der Tabelle sind die wichtigsten
charakteristischen Eigenschaften
von Lötstellen den unterschiedlichen
Verfahren zugeordnet. Die
Tabelle erhebt keinen Anspruch
auf Vollständigkeit – zu vielfältig
ist das Gesamtspektrum. Sie
spiegelt aber die Erfahrungen
des Unternehmens ACI ecoTec
und soll sowohl Produktentwicklern
wie Prozesstechnikern
entscheidende Hinweise und
Denkanstöße geben.
Der thermodynamische Prozess
ist eine der wesentlichen
Kenngrößen eines Punktlötverfahrens.
Deshalb muss er primär
für den jeweiligen Anwendungsfall
sorgfältig betrachtet und
ausgewählt werden. Er ist in
erster Linie mitentscheidend
für die Entstehung, einer intermetallischen
Verbindung, als
dem eigentlichen Kennzeichen
einer sicheren Verbindung. Die
Zuführung der thermischen
Energie, aber auch ihre Ableitung,
muss sich im Sinne einer
qualitativ hochwertigen Lötung
in engen Grenzen bewegen. „Viel
hilft viel“, gilt hier nicht und
„lieber weniger als zu viel“ führt
genauso in den Misserfolg. Erst
das richtige Temperaturprofil
über der Zeitachse ermöglicht
eine zuverlässige metallurgische
Verbindung.
Entscheidung nach
Einzelkriterien
Bei der Verfahrensermittlung
kommen meist mehrere Alternativen
in die engere Wahl. Die
tabellarische Übersicht nennt die
häufigsten charakteristischen
Eigenschaften von Lötstellen
und ihrer direkten Umgebung.
Danach können die infrage
kommenden Verfahren herausgearbeitet
werden. Dabei müssen
aber auch die geometrischen
Dimensionen mit in die Überlegungen
einbezogen werden.
Aufgrund der allgegenwärtigen
Miniaturisierung der
Produkte und Erhöhung der
Packungsdichte scheiden eine
Reihe von Verfahren von vornherein
aus, weil ihre Komponenten
nicht beliebig miniaturisierbar
sind. Widerstands- Induktions-
Mikrof lamm- Miniwellen-
Tauchtiegel- und Heißgaslöten
sind für sehr kleine Dimensionen
und enge Bauteilnachbarschaft
nicht geeignet.
Die Auswahl erfolgt also
immer nach den individuell zur
Geltung kommenden Kriterien
der zu bearbeitenden Lötstelle.
Deshalb kann die Matrix
lediglich eine Vororientierung
geben. Sie gibt jedoch dem
Produktentwickler und Verfahrenstechniker
Hilfestellung bei
der konstruktiven Ausarbeitung
einer automationsfähigen Lötverbindung.
Es kann nicht deutlich
genug betont werden: Die
Dimensionierung und Positionierung
der Verbindungsteile
zueinander bestimmen ganz
wesentlich die Zuverlässigkeit
des automatischen Lötprozesses.
Produktentwickler und Verfahrenstechniker
tun gut daran,
bereits im Frühstadium einer
Entwicklung sich gemeinsam
Gedanken zu machen über die
Verbindungstechnik. Finanzieller
Aufwand und Prozesssicherheit
der Punktlötautomation werden
zu einem erheblichen Teil von
der Lötstellenkonstruktion
bestimmt.
Drei Einflussgrößen bestimmen
das Punktlötverfahren:
• die technischen Anforderungen
an das Produkt
• die metallurgischen Eigenschaften
der zu verbindenden
Teile
• die Lötstellenkonstruktion
Charakteristische
Eigenschaften
Nach dieser eher pauschalen
Bewertung geeigneter Punktlötverfahren
sind die einzelnen
Charakteristika jeder Lötstelle
differenziert zu betrachten. Bei
der überwiegenden Anzahl von
Punktlötstellen muss Lot zugeführt
werden. Die Lotlegierung
wird durch die metallurgischen
Gegebenheiten der Verbindungsteile
bestimmt. Darauf soll hier
nicht im Einzelnen eingegangen
werden. Die Lotzufuhr geschieht
in vielen Fällen mittels Röhrenlot
mit integriertem Flussmittel.
Eine andere Möglichkeit ist, die
mit Flussmittel vorbehandelten
Lötpartner in flüssiges Lot zu
tauchen (Miniwelle, Tauchtiegel).
Eine Alternative zum Lötdraht
ist die Anwendung von Pastenlot,
das in unterschiedlichen Einstellungen
am Markt erhältlich
ist. Die Dotierung erfolgt mit
Dosiersystemen, deren Wirkungsweise
jedoch für pastöses
Lot geeignet sein muss (Entmischungseffekt!).
Auf die Zufuhr
von Lot wird verzichtet, wenn
auf den zu verbindenden Teilen
bereits ein genügendes Lotdepot
vorhanden ist. Dieses kann
entweder durch Vorbeloten im
Tauchbad oder galvanisch aufgebracht
werden.
Das Flussmittel muss entweder
durch Sprühen oder Stempeln
zugeführt werden, kann aber
auch auf den Teilen bereits abgelagert
sein. Das Lotdepot muss
mit intermetallischer Phase mit
dem Grundwerkstoff verbunden
sein und eine limitierte Auftragsstärke
haben.
Von Vorteil ist es, wenn die zu
verlötenden Teile mechanisch
so zueinander fixiert sind, dass
zwischen ihnen ein Minispalt
vorhanden ist, dessen Kapillarkräfte
das flüssige Lot „einsaugen“.
Leider gibt es viele Anwendungen,
bei denen die Bauteile
einander nur lose zugeordnet
sind. Dann sind für den Lötprozess
fixierende Positionierhilfen
nötig. Federnde Teile
müssen solange fixiert bleiben,
bis das Lot erstarrt, d.h. bis der
Soliduspunkt unterschritten
ist. Teile, die sich im flüssigen
Zustand der Lötstelle gegeneinander
bewegen, führen zu
indifferenten Verhältnissen –
meist erkennbar an einer verworfenen
und nicht glänzenden
Oberfläche der Lötung.
Der Wärmebedarf einer Lötstelle
ist eine verfahrensbestimmende
Größe. Allerdings ist die
Einteilung in hohen und niederen
Wärmebedarf ohne kalorimetrische
Messungen nicht ganz
einfach. Anhaltspunkt: Einen
mittleren Wärmebedarf benötigt
die Lötung eines 0,6 mm
starken verzinnen Cu-Drahtes
in ein durchkontaktiertes Leiterplattenauge
von 3 mm Durchmesser
(klassische Durchsteigerlötstelle).
Das Temperaturprofil einer
Lötung wird bestimmt von
Art und Temperatur des Wärmemediums,
der Wärmeableitung
und der Zeit. Der Lötprozess
lässt sich aber durch Höhertemperierung
des Wärmeträgers
nicht beliebig beschleunigen.
Die völlige Durchwärmung
der Lötstelle und Bildung einer
intermetallischen Verbindung
ist zeitabhängig. Bei der Wahl
des Wärmemediums spielt auch
die Umgebung der Lötstelle eine
entscheidende Rolle in Bezug auf
thermische oder auch induktive
Belastung.
Besondere Sorgfalt verlangen
temperaturempfindliche Substrate,
wie Glas, Silizium, MID,
Substratkeramik etc. Hochtemperatur-Wärmeträger,
wie
z.B. Laser, Heißgas oder auch
Infrarotstrahler, sind für große
Querschnittsunterschiede (Cu-
Feindrähte an Terminierstifte)
nicht geeignet, es sei denn, die
Wärme kann indirekt in die Lötstelle
fließen.
Manche Verbindungspartner
benötigen einen Anpressdruck
während des Prozesses bis
nach der Erstarrungsphase (z.B.
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