EPP 05-06.2022

BAUGRUPPENFERTIGUNG «
dingt geeignet für temperaturempfindliche Bauteile.
Im Folgenden steht das Dampfphasenlöten im Fokus.
Dies Verfahren hat einen ausgesprochen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten
und ist daher gut geeignet
für Bauteile mit hoher thermischer Masse.
Außerdem ist es leicht kontrollierbar und gleichmäßig,
dadurch können auch Fine Pitch-Strukturen sowie
empfindliche und preisintensive Bauteile wie
auch LEDs zuverlässig gelötet werden. Für die Industrie
stehen Inline-Dampfphasenlötanlagen für die
Serienproduktion zur Verfügung. Sie sind wesentlich
energieeffizienter als die genannten Vollkonvektionsanlagen.
Für den Prototyping-Bereich gibt es
kompakte Dampfphasenlötanlagen, die eine interessante
Alternative zu Heißluftstationen darstellen.
Prozess des Dampfphasenlötens
Nachdem die Platine mit Lotpaste präpariert und
die Bauteile auf die entsprechenden Kontakte aufgebracht
wurden, wird die Platine in die Dampfphasenlötanlage
eingelegt. Zuvor muss ein Lötprofil festgelegt
werden, dass die Bedürfnisse der verwendeten
Bauteile und der verwendeten Lotpaste berücksichtigt.
Dabei müssen sowohl temperaturempfindliche
Bauteile wie LEDs aber auch hohe thermische Massen
in die Überlegungen einbezogen werden. Nachdem
der Lötvorgang gestartet wurde wird das Lötmedium
unten im Prozessbottich erhitzt. Meist wird
Perfluorpolyether, ein fluorierter Kohlenwasserstoff
verwendet, auch unter dem Markennamen Galden
bekannt. Es gibt verschiedene Arten, z.B. Galden
LS230. Dieses Medium siedet bei einer Temperatur
von 230°C, womit die maximale Löttemperatur im
Lötprofil festgelegt ist. Wenn das Medium siedet,
entsteht heißer Galdendampf, der die Leiterplatte
vollständig einschließt. Es bildet sich die sogenannte
Dampfphase, die namensgebend für diesen Prozess
ist. Durch den Dampf wird Sauerstoff nahezu vollständig
verdrängt, da der Galdendampf schwerer ist
als Luft und eine Oxidation auf den Lötstellen verhindert.
Das Lötmedium kondensiert auf der Oberfläche
der Baugruppe. Dabei wird die thermische Energie
des Galdens homogen auf die Platine übertragen
und alles gleichmäßig erhitzt. Wenn eine bestimmte
Temperatur erreicht wird, schmilzt die Lötpaste. Je
nach verwendeter Lotpaste kann diese Temperatur
variieren, typischerweise liegt sie bei 180°C. Nachdem
die Lotpaste vollständig und gleichmäßig aufgeschmolzen
ist kann die Temperatur wieder gesenkt
werden. Dabei verfestigt sich die Lotpaste und die
Bauteile sind fest mit der Platine verlötet. Während
des Abkühlvorgangs befindet sich noch viel Galdendampf
in der Prozesskammer. Daher sollte sie geschlossen
bleiben, bis sich das Galden wieder verflüssigt
hat. Ein leistungsstarkes Kühlsystem verringert
die Wartezeiten zwischen den einzelnen Lötzyklen.
Prototyping und
Kleinserienfertigung
Insbesondere in diesem Bereich finden Dampfphasenlötanlagen
Anwendung. Sie kombinieren die Präzision
einer kostenintensiven Vollkonvektionsanlage
mit der Flexibilität einer Heißluftstation. Die Frage
wie die einzelnen Komponenten auf der Leiterplatte
aufgebracht werden stellt sich bereits bei der Erstellung
von Schaltplan und Layout. Insbesondere im
Prototyping als auch bei der Anfertigung kundenspezifischer
Kleinserien sind die Erwartungen an die
Qualität des Lötprozesses sehr hoch. Das bedeutet,
dass die Lötumgebung eine möglichst gleichmäßige
Temperatur aufweisen soll. Die Temperatur soll dabei
auch das vorgegebene Lötprofil annähern, welches
vor dem Lötvorgang festgelegt wird.
Eine Platine wird häufig gelötet, um Schaltplanund
Layoutdesign zu überprüfen. Die Nachbearbeitung
kann sehr zeitaufwendig werden und somit
auch die Durchführung erforderlicher (Benchmark-)Tests
verzögern. Diese Tests untersuchen z.B.
wie die PCB auf Temperaturveränderung oder Vibration
reagiert. Durch die erforderliche Fehlerbehebung
verzögert sich somit auch die Inbetriebnahme. Ein
optisch ansprechendes Ergebnis ist ebenfalls wichtig,
insbesondere wenn die Platine einem Kunden präsentiert
wird. Im Prototyping- und Kleinserienbereich
finden sich einige kompakte Dampfphasenlötanlagen.
Für die Etablierung einer Serienproduktion werden
hingegen Vollkonvektions- oder Inline-Dampfphasenlötanlagen
verwendet.
Nachdem die Platine
mit Lotpaste präpariert
und die Bauteile auf
die entsprechenden
Kontakte aufgebracht
wurden, wird die Platine
in die Dampfphasen -
lötanlage eingelegt
Bild: PCB Arts
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