Da die moderne Elektronik auf geringes Gewicht, hohe Geschwindigkeit und steigende Effizienz setzt, richtet sich jeder nachgelagerte Fertigungsschritt nach dieser Philosophie – was auch für die Leiterplattenbestückung (Printed Circuit Board Assembly) gilt. Das Löten spielt eine entscheidende Rolle für den Erfolg elektronischer Produkte, da die Herstellung elektrischer Verbindungen auf präzisem Löten beruht. Im Vergleich zum Handlöten, das von einigen Elektronik-Hobbyisten weiterhin bevorzugt wird, hat sich das automatische Löten aufgrund seiner Vorteile in Bezug auf hohe Genauigkeit und Geschwindigkeit sowie der Anforderungen an große Stückzahlen und hohe Kosteneffizienz weitgehend durchgesetzt. Als führende Löttechnologien in der Montage werden Wellenlöten und Reflow-Löten am häufigsten eingesetzt, um zu einer hochwertigen Bestückung beizutragen. Dennoch werden sie häufig miteinander verwechselt, die Unterschiede zwischen ihnen sorgen oft für Verwirrung, und selbst der richtige Einsatzzeitpunkt ist vielen unklar.
Hintergrund
Bevor ein formeller Vergleich zwischen Wellenlöten und Reflowlöten angestellt wird, ist es wichtig, den Unterschied zwischen Löten, Schweißen und Hartlöten zu verstehen.
Kurz gesagt bezeichnet Schweißen den Prozess, bei dem zwei ähnliche Metalle aufgeschmolzen werden, um miteinander verbunden zu werden. Löten mit Hartlot (Hartlöten) bezeichnet den Prozess, bei dem zwei Metallteile durch Erhitzen und Schmelzen eines Zusatzwerkstoffs, der auch Legierung genannt wird, bei hoher Temperatur miteinander verbunden werden. Weichlöten ist im Grunde ein Löten bei niedriger Temperatur, und sein Zusatzwerkstoff wird Lötzinn genannt.
Bei der Leiterplattenbestückung wird das Löten mithilfe eines Mediums durchgeführt, das als Lotpaste bezeichnet wird. Das Löten mit der Verwendung von Lotpaste, die gefährliche Stoffe wie Blei, Quecksilber usw. enthält, wird als bleihaltiges Löten bezeichnet, während das Löten mit der Verwendung von Lotpaste ohne gefährliche Stoffe als bleifreies Löten bezeichnet wird.Löten mit oder ohne Bleisollte entsprechend den spezifischen Anforderungen der Produkte ausgewählt werden, für die die bestückten Leiterplatten ausgelegt sind.
Wellenlöten
• Definition
Wie der Name schon sagt, wird das Wellenlöten verwendet, um Leiterplatten und Bauteile durch eine flüssige „Welle“ zu verbinden, die infolge der Motorbewegung entsteht und bei der es sich tatsächlich um geschmolzenes Zinn handelt. Es wird in einer Wellenlötanlage durchgeführt. Das Bild unten zeigt ein Beispiel für eine Wellenlötmaschine.
• Lötprozess
Der Wellenlötprozess besteht aus vier Schritten: Flussmittelauftrag, Vorheizen, Wellenlöten und Abkühlen.
Schritt eins: Flussmittel-Sprühen. Die Sauberkeit der Metalloberfläche ist das grundlegende Element zur Sicherstellung der Lötleistung und hängt von den Funktionen des Lötflussmittels ab. Lötflussmittel spielt eine entscheidende Rolle für die reibungslose Durchführung des Lötvorgangs. Die Hauptfunktionen des Lötflussmittels umfassen:
1) Oxide von der Metalloberfläche von Leiterplatten und Bauteilanschlüssen entfernen;
2) Um Leiterplatten während des thermischen Prozesses vor sekundärer Oxidation zu schützen;
3) Zur Verringerung der Oberflächenspannung der Lotpaste;
4) Wärme zu übertragen.
Schritt zwei: VorheizenIn einer Palette entlang einer kettenähnlichen Förderstrecke durchlaufen Leiterplatten einen Heiztunnel, um das Vorheizen durchzuführen und das Flussmittel zu aktivieren.
Schritt drei: WellenlötenWenn die Temperatur ständig ansteigt, wird die Lötpaste flüssig und bildet eine Welle, über deren Kante die Leiterplatten geführt werden, sodass die Bauteile fest mit den Leiterplatten verbunden werden können.
Schritt vier: Abkühlung. Das Wellenlötprofil folgt einer Temperaturkurve. Wenn die Temperatur im Wellenlötstadium ihren Höchstwert erreicht, beginnt ihr Abfall, der als Kühlzone bezeichnet wird. Nachdem die Leiterplatte auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird sie erfolgreich montiert.
Wenn Leiterplatten auf Paletten gelegt werden, um durch das Wellenlöten zu gehen, stehen Zeit und Temperatur in engem Zusammenhang mit der Lötleistung. Was Zeit und Temperatur betrifft, ist eine professionelle Wellenlötmaschine von großer Notwendigkeit, währendFachwissen und Erfahrung des Leiterplattenbestückerssind selten leicht zu erlangen, da sie von jahrelanger Ansammlung, dem Einsatz modernster Technologien und geschäftlichem Fokus abhängen.
Wenn die Temperatur zu niedrig eingestellt ist, wird das Flussmittel nicht geschmolzen, sodass es seine Aktivität, Reaktionsfähigkeit und die Fähigkeit, Oxide und Schmutz auf der Metalloberfläche zu lösen, nicht aufrechterhalten kann. Außerdem wird keine Legierung aus Flussmittel und Metall gebildet, wenn die Temperatur nicht ausreichend hoch ist. Darüber hinaus sollten weitere Faktoren wie die Geschwindigkeit des Bandträgers, die Wellenkontaktzeit usw. in Betracht gezogen und berechnet werden.
Im Allgemeinen gilt: Auch wenn dieselbe Wellenlötanlage eingesetzt wird, können verschiedene Bestücker aufgrund unterschiedlicher Bedienmethoden und unterschiedlichem Verständnis der Lötmaschine eine unterschiedliche Produktionseffizienz aufweisen. Zum Beispiel,PCBCart (ein in China ansässiger Anbieter von Full-Turnkey-Leiterplattenbestückungsdiensten)Ingenieure nutzen Vorrichtungen, um THT‑Bauteile vor dem Wellenlöten zu fixieren, sodass alle Teile präzise auf den Leiterplatten montiert werden können und Lötfehler deutlich reduziert werden.
• Anwendungsbereich
Wellenlöten kann bei THT (Through-Hole-Technologie), DIP- (Dual-in-Line-Gehäuse) und SMT- (Surface-Mount-Technologie) Bestückung eingesetzt werden. Es wird häufiger bei Ersterem verwendet.
Reflow-Löten
• Definition
Beim Reflow-Löten werden Bauteile dauerhaft befestigt, die zunächst mithilfe von Lotpaste vorübergehend auf ihren Pads auf Leiterplatten fixiert werden; diese Lotpaste wird anschließend durch Heißluft oder andere Formen der Wärmeübertragung geschmolzen. Dementsprechend findet man auf YouTube leicht DIY-Reflow-Lötmethoden, bei denen ein Toaster oder Backofen als selbstgebauter Reflow-Lötofen verwendet wird. Reflow-Löten wird in einer Reflow-Lötmaschine durchgeführt, die als Reflow-Lötofen bezeichnet wird.
• Lötprozess
Wie es seiner Definition nach heißt, werden elektrische Bauteile vor dem eigentlichen Löten mithilfe von Lotpaste vorübergehend an Kontaktpads befestigt. Dieser Prozess umfasst im Wesentlichen zwei Schritte. Zuerst wird die Lotpaste mithilfe einer Lotpastenschablone präzise auf jedes Pad aufgebracht. Anschließend werden die Bauteile von einem Bestückungsautomaten auf die Pads gesetzt. Das eigentliche Reflow-Löten beginnt erst, wenn diese Vorbereitungen vollständig abgeschlossen sind.
Schritt eins: VorheizenEs ist nicht schwer, die Bedeutung des Vorheizens zu verstehen, wenn man einen Reflow-Lötofen mit einem Toaster oder einem Backofen vergleicht. Um gut gebackenes Brot zu erhalten, muss der Ofen im Voraus vorgeheizt werden. Das Vorheizen erfüllt beim Reflow-Löten zwei Zwecke. Erstens ermöglicht es, dass die zu bestückenden Leiterplatten die erforderliche Temperatur erreichen, die vollständig mit dem thermischen Profil übereinstimmt. Zweitens ist es dafür verantwortlich, flüchtige Lösungsmittel, die in der Lötpaste enthalten sind, auszutreiben. Andernfalls kann die Lötqualität möglicherweise beeinträchtigt werden.
Schritt zwei: WärmeeinwirkungÄhnlich wie beim Wellenlöten ist das Reflow-Löten ebenfalls auf das Flussmittel angewiesen, das in der Lötpaste enthalten ist. Dementsprechend muss die Temperatur so weit ansteigen, dass das Flussmittel aktiviert werden kann. Andernfalls kann das Flussmittel seine aktive Rolle im Lötprozess nicht erfüllen.
Schritt drei: Reflow-LötenIn dieser Phase wird die Spitzentemperatur des gesamten Prozesses erreicht. Die Spitzentemperatur führt dazu, dass die Lotpaste schmilzt und umfließt. Die Temperaturkontrolle spielt eine entscheidende Rolle im Reflow-Lötprozess. Ist die Temperatur zu niedrig, kann die Lotpaste nicht ausreichend umfließen, während eine zu hohe Temperatur Schäden an SMT-Bauteilen oder Leiterplatten verursachen kann. Zum Beispiel enthält das BGA-Gehäuse (Ball Grid Array) zahlreiche Lotkugeln, die während des Reflow-Lötens geschmolzen werden. Wenn die Löttemperatur nicht das optimale Niveau erreicht, können diese Kugeln ungleichmäßig schmelzen und das BGA-Löten kann zu Nacharbeit oder Ausschuss führen.
Schritt vier: AbkühlungDa eine Temperaturkurve dargestellt wird, sinkt die Temperatur kurz nach Erreichen der Spitzentemperatur. Beim Abkühlen verfestigt sich die Lotpaste, wodurch die Bauteile dauerhaft auf den Kontaktpads der Leiterplatten fixiert werden.
• Anwendungsbereich
Das Reflow-Löten kann sowohl in der SMT- als auch in der THT-Bestückung angewendet werden, wird jedoch hauptsächlich in ersterer eingesetzt. Bei der Anwendung des Reflow-Lötens auf THT-Bestückung wird in der Regel auf PIP (Pin-in-Paste) zurückgegriffen. Zuerst wird Lotpaste in die Bohrungen der Leiterplatten eingebracht. Anschließend werden die Bauteilanschlüsse in die Bohrungen gesteckt, wobei etwas Lotpaste auf der anderen Seite der Leiterplatte austritt. Abschließend wird das Reflow-Löten durchgeführt, um den Lötvorgang abzuschließen.
Wellenlöten vs. Reflowlöten
Was das Löten betrifft, kann der Unterschied zwischen Wellenlöten und Reflow-Löten niemals ignoriert werden, weil viele Menschen keine Ahnung haben, welches sie wählen sollen, wenn sie bereit sind, PCBA-Dienstleistungen von Bestückern zu beziehen. Wie ein chinesisches Sprichwort sagt: Eine kleine Bewegung an einer Stelle kann die gesamte Situation beeinflussen. Eine Änderung beim Löten führt tendenziell zu Veränderungen von Kopf bis Fuß im gesamten Fertigungsprozess der Baugruppe, etwa bei der Produktionseffizienz, den Kosten, der Markteinführungszeit, den Gewinnen usw. Auf Grundlage der obigen Einführung ist anzunehmen, dass sich in Ihrem Kopf bereits ein grober Umriss abgezeichnet hat.
• Lötprozess
Was die Lötprozessschritte betrifft, zeigt die folgende Abbildung die Unterschiede zwischen ihnen.
Der wesentliche Unterschied zwischen Wellenlöten und Reflow-Löten im Hinblick auf den Herstellungsprozess liegt im Flussmittelauftrag: Beim Wellenlöten ist dieser Schritt enthalten, beim Reflow-Löten nicht. Flussmittel fördert den Lötprozess und übernimmt eine Schutzfunktion, indem es Oxide entfernt und die Oberflächenspannung des zu lötenden Materials verringert. Flussmittel wirkt nur, wenn es aktiviert ist, was strenge Anforderungen an Temperatur- und Zeitkontrolle mit sich bringt. Da beim Reflow-Löten das Flussmittel in der Lötpaste enthalten ist, muss der Flussmittelgehalt angemessen eingestellt und erreicht werden.
• Lötzuverlässigkeit
Lötfehler scheinen unvermeidlich zu sein, solange gelötet wird. Es ist unwissenschaftlich, einfach zu behaupten, welche Löttechnologie mehr Lötfehler aufweist als die andere, selbst wenn dieses Fazit auf einer Fülle experimenteller Daten beruht. Schließlich ist die Situation jedes Mal anders. Daher ist es bedeutungslos, die Lötzuverlässigkeit zwischen Wellenlöten und Reflow-Löten zu vergleichen.
Trotz der Unvermeidbarkeit von Lötfehlern kann die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens proportional verringert werden, wenn die Bestücker sich an professionelle Fertigungsvorschriften für die Montage halten und die Eigenschaften und Leistungsmerkmale aller Anlagen entlang der Fertigungslinie vollständig kennen. Darüber hinaus sollte das technische Personal qualifiziert sein und regelmäßig geschult werden, um mit den Fortschritten moderner Technologien Schritt zu halten.
• Auswahlstandard
Im Allgemeinen eignet sich das Reflow-Löten am besten für die SMT-Bestückung, während das Wellenlöten für THT- oder DIP-Bestückung verwendet wird. Dennoch kommt es selten vor, dass eine Leiterplatte ausschließlich reine SMD-Bauteile oder Durchsteckkomponenten enthält. Bei Mischbestückung wird normalerweise zuerst SMT durchgeführt und anschließend THT oder DIP, da die Temperatur, der das Reflow-Löten ausgesetzt ist, deutlich höher ist als die, die beim Wellenlöten auftritt. Wenn die Reihenfolge der beiden Bestückungsarten umgekehrt wird, kann es passieren, dass die feste Lotpaste erneut aufschmilzt und bereits gut verlötete Bauteile Fehler aufweisen oder sogar von der Leiterplatte abfallen.
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Verfasst von PCBCarts Redakteurin Dora, wurde dieser Artikel ursprünglich veröffentlicht aufTechnische Kurzberichte.
