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Dec 06, 2023

Fertigung mit Wellenlöten zur schuldhaften Leiterplattenfertigung

Heutzutage ist das Wellenlöten die gebräuchlichste und effizienteste Form der Durchgangsbohrung

Heutzutage ist das Wellenlöten die gebräuchlichste und effizienteste verfügbare Form des Durchstecklötens. Dabei handelt es sich um einen Löttiegel, der groß genug ist, um die Breite der größten Leiterplatten zu bewältigen, die Sie verarbeiten möchten. Indem heißes Lot so durch eine Düse gepumpt wird, dass die Unterseite der Platinenoberfläche auf die von der Düse erzeugte Welle trifft, entsteht durch den resultierenden Heißlot-Wasserfall ein einziger Kontaktpunkt über alle Verbindungsstellen auf der Platine hinweg, wodurch mögliche Brückenbildung vermieden wird. Das System integriert normalerweise eine Flussmittelstation, eine Vorwärmstation und eine Wellenstation in einem Förderbandsystem, wobei Finger oder palettenartige Plattenhalterungen verwendet werden.

Der Prozess besteht aus zwei Phasen: Reinigen aller zum Löten vorgesehenen Metalloberflächen und Bringen dieser Oberflächen auf die richtige Temperatur für die Aufnahme von Lötzinn. Die Reinigung erfolgt im Allgemeinen durch chemisches Ätzen der Oberfläche mit einer sauren Verbindung wie einem Flussmittel. Dieser Schritt entfernt jegliche Oxidation oder Verschmutzung, die sich vor dem Wellenlötprozess auf der Platine angesammelt haben könnte.

In der nächsten Phase der Oberflächenvorbereitung wird die Platine erhitzt. Durch die Erwärmung werden zwei Aufgaben erfüllt: die Aktivierung des Flussmittels und die Reduzierung der Temperatur zwischen der Leiterplattenbaugruppe und der Lötwelle. Die meisten Flussmittel benötigen zur thermischen Aktivierung Wärme, um die Oxide aufzubrechen. Die Anweisungen des Herstellers geben die für die Aktivierung erforderliche Wärmemenge und Zeit an. Die zweite Aufgabe beim Vorwärmen der Platine und der Komponenten besteht darin, die PCA-Temperatur auf nahezu Löttemperatur zu bringen.

Der wichtige Faktor bei der Auswahl eines Wave-Systems besteht darin, die größte Plattengröße zu ermitteln, die die Maschine voraussichtlich verarbeiten wird. Dies bestimmt die Größe der Maschine und, was ebenso wichtig ist, ihre Kosten, vom Tischgerät zur Handhabung von Platinen bis hin zu freistehenden Maschinen mit Kapazitäten bis zu 24 Zoll und einem sehr großen Löttopf. Die größeren Größen bieten auch viel mehr Platz Löten, was ebenfalls zu den Betriebskosten beiträgt. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Wellen beim Wellenlöten, die über gute Eigenschaften verfügen.

Bei diesem Lötprozess wird ein ganzer Behälter mit Zinn zum Schweißen verwendet. Zinn durchläuft hohe Temperaturen, wodurch sein Stab schmilzt und geschmolzenes Zinn entsteht. Das verflüssigte Zinn wird als „Seewasser“ angesehen. Wenn der See statisch und horizontal ist, spricht man von einer „Nivellierwelle“. Und es wird „Spoilerwelle“ genannt, wenn es Wellen im See gibt.

Wellenlötprozess

Dieser Prozess basiert ausschließlich auf Faktoren wie der Temperatur und den Maschinen, die mit der richtigen Arbeitskraft eingesetzt werden. Lassen Sie uns die Prozesse und Schritte des Wellenlötprozesses durchgehen:

Flussmittel

Flussmittel entfernen hauptsächlich Schmutz und Oxide auf der Metalloberfläche. Darüber hinaus bildet es einen Film, der verhindert, dass die Luft während des Hochtemperaturaufbaus mit der Metalloberfläche reagiert. Daher kann Lot nicht so leicht oxidieren. Dennoch sollte beim Wellenlöten das verflüssigte Zinn zum Löten verwendet werden. Das Flussmittel wird beim Passieren der Leiterplatte durch die Düse gesprüht. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass das Flussmittel leicht durch die Platinenspalte gelangen kann. Und Flussmittel können auch direkt die elektronischen Komponenten auf der Vorderseite der Leiterplatte verschmutzen.

Vorheizen

Vorwärmen vor Beginn des Hauptwellenschweißprozesses. Es kann die Temperatur der oberen Platte auf 65 bis 121 °C erhöhen, wobei die Heizrate zwischen 2 °C/s und 40 °C/s liegt. Bei unzureichender Vorwärmung können keine optimalen Lötergebnisse erzielt werden. Dies liegt daran, dass das Flussmittel möglicherweise nicht jeden Teil der Leiterplatte erreichen kann. Wenn andererseits eine sehr hohe Temperatur zum Vorwärmen erforderlich ist, kann es zu Problemen mit dem No-Clean-Flussmittel kommen.

Reinigung

Beim Reinigungsprozess wird eine Leiterplatte mit entionisiertem Wasser oder mit Lösungsmitteln gewaschen, um Flussmittelreste zu entfernen. Es gibt jedoch eine Art Flussmittel, das keiner Reinigung bedarf. Es ist jedoch Vorsicht geboten; Es gibt einige Anwendungen, die keine „No-Clean“-Flussmittel erfordern. Das liegt einfach daran, dass „No-Clean“-Flussmittel sehr empfindlich auf die Prozessbedingungen reagieren können. Jetzt wissen Sie alles über den Wellenlötprozess. Das kommende Kapitel wird das Wellenlöten mit anderen Arten des Lötens in Verbindung bringen.

Methoden im Wellenlötsystem

Automatisiertes Inline-System

Diese Anordnung ist in der Regel an eine komplette Leiterplatten-Montagelinie gebunden, bei der das Förderband die bestückten Leiterplatten einfach von der Montagestufe durch die Wellenlötmaschine und weiter zur Reinigung, Endbearbeitung und anderen sekundären Vorgängen transportiert. Es gibt keine manuellen Eingriffe an der Lötmaschine; Es ist von Anfang bis Ende ein völlig unkomplizierter Vorgang. Wellenmaschinen, die auf diese Weise funktionieren, sind normalerweise sehr teuer und werden bei sich wiederholenden Vorgängen mit hohem Volumen eingesetzt. SMEMA (Surface Mount Equipment Manufacturers Association) definiert einheitliche Spezifikationen für Inline-Systeme, um sicherzustellen, dass alle Vorgänge in einer Montageumgebung Platinen nahtlos von einer Maschine auf eine andere übertragen, unabhängig vom Hersteller, Maschinenmodell usw.

Palettiertes System

Zur Aufnahme der Leiterplatten (die mehrere Leiterplatten umfassen können) wird ein palettierter Träger verwendet, und die gesamte Palette wird auf die Wellenlötmaschine geladen. Hierbei handelt es sich eher um einen Batch-Prozess als um ein Inline-System. Die Paletten haben in der Regel eine feste Größe entsprechend der Wellenkapazität (Breite und Länge). Guter Halt für unregelmäßig geformte Bretter oder dünne Bretter, die sich sonst verziehen könnten; kann individuell angepasst werden, um ungewöhnlich geformte Bretter oder mehrere Bretter aufzunehmen; sehr wartungsfreundliche Paletten und Finger, da alles außerhalb der Maschine erledigt werden kann; Paletten sind nicht auf einen Satz interner Finger in der Maschine angewiesen, die ein Abschalten der Maschine für Wartungsarbeiten erfordern würden.

Abschluss

Während manuelles Löten auch heute noch durchgeführt wird, ist es in der Produktionsumgebung normalerweise nicht anzutreffen, da es hochqualifizierte und arbeitsintensive Arbeit erfordert, bei der nur sehr geringe Stückzahlen an Platinen hergestellt werden. Dip und Drag wurden vor vielen Jahren als kostengünstigere Alternativen zum Wellenlöten eingeführt, sind jedoch mit dem Aufkommen erschwinglicherer und hochpräziser Wellenlöten zu veralteten Formen geworden. Das Wellenlöten ist ein klarer Akteur in schweren und hochwertigen Fertigungsprozessen und entspricht dem Bedarf der heutigen Industrie, wodurch der PCB-Fertigungsprozess stabiler und schneller wird.

Von Mannu Mathew | Unterredakteur | ELE-Zeiten