Löten unter Stickstoff? Warum wir mit diesem Verfahren beste Erfahrungen gemacht haben

3 Auswirkungen von Stickstoff auf den Lötprozess in der EMS-Fertigung

Als EMS-Fertiger liegt unsere Kernkompetenz in der SMD-Bestückung. Dabei und in der THT-Bestückung wenden wir unterschiedliche Lötverfahren an. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, löten wir unter Stickstoff. Welche drei Auswirkungen das unter anderem auf die EMS-Fertigung hat, erfahren Sie hier in nur wenigen Minuten Lesezeit.

Hier direkt zu dem Abschnitt, der Sie am meisten interessiert:

Warum löten wir in der EMS-Fertigung unter Stickstoff?

Bevor wir diese Frage beantworten, klären wir erst einmal, was Stickstoff überhaupt ist. Denn darin steckt schon ein Teil der Antwort. Stickstoff ist ein Schutzgas. Dieses Schutzgas verdrängt Sauerstoff und verhindert Oxidationen. Rost ist die bekannteste Oxidation durch Sauerstoff. Unsere Atemluft besteht übrigens aus ca. 78 Prozent Stickstoff, der Rest verteilt sich auf 21 Prozent Sauerstoff und 1 Prozent diverse Gase. In der EMS-Fertigung setzen wir Stickstoff beim Löten ein, um gute Lötergebnisse leichter zu erreichen. Das Schutzgas verdrängt im Lötprozess den Sauerstoff. Der Effekt: Das flüssige Lot sowie die Zinnoberflächen der Bauteile und Kontaktflächen der Leiterplatten oxidieren deutlich weniger.

„Stickstoff minimiert zwei typische Probleme, die beim Löten unvermeidbar sind: Oxidation und Flussmittelrückstände auf den Baugruppen."

Rolf Haake
Technischer Leiter / Prokurist
A+B Electronic

Bei diesen Lötverfahren setzen wir Stickstoff ein:

Reflowlöten ist ein Verfahren zum Löten von SMD-Komponenten. Hierbei wird vor der Bestückung mit Flussmittel versehene Lotpaste auf die Pads der Leiterplatte aufgebracht. Durch die Zuführung von Wärmeenergie in dem ca. 6m langen Konvektions-Ofen wird die gesamte Baugruppe nach einer vorgegebenen Temperatur-Zeit-Kurve über die Schmelztemperatur der Lotpaste erhitzt, wodurch diese aufschmilzt und sich die Lötstellen durch den nachfolgenden Kühlprozess ausbilden.

Den Wellenlötprozess (auch Schwall-Löten genannt) nutzen wir für das Löten von THT-bestückten Baugruppen. In unseren zwei Wellenlötanlagen (ERSA für bleifreies Lot und ERSA für bleihaltiges Lot) wird zunächst das Flussmittel automatisiert aufgetragen, die bestückte Baugruppe vorgeheizt und dann dem eigentlichen Lötprozess zugeführt. Hierbei wird die Baugruppe mit der Unterseite über die Lötwelle transportiert wo die späteren Lötstellen mit dem flüssigen Zinn benetzt werden und sich so die Lötstellen durch den nachfolgenden Kühlprozess ausbilden.

Beim Selektivlöten setzen wir, ähnlich dem Wellenlöten mithilfe einer entsprechenden Düse, punktuelle Lötstellen. Dafür sind bei A+B Electronic drei Selektivlötanlagen im Einsatz – ERSA-1-Tiegel für bleifreies Lot und zwei ERSA-2-Tiegel ebenfalls für bleifreies Lot.

Auch beim Handlöten setzen wir Stickstoff ein. Dabei wird die Lötspitze und die Lötstelle während des Prozesses mit Stickstoff umspült.

Löten unter Stickstoff: 3 direkte Auswirkungen auf Lötprozess und Endergebnis

1. Stickstoff verringert die Oxidbildung

Oxid ist eine Sauerstoffverbindung, die auf der Leiterplatte die Benetzung mit Lot verhindert oder erschwert. Stickstoff verringert diesen Prozess, ganz verhindert werden kann er aber nicht. Daher müssen die Oberflächenoxide vor dem Lötprozess mit Flussmitteln entfernt werden.
Ein Flussmittel ist eine klare Flüssigkeit, die wir auf die zu lötenden Stellen aufbringen. Dieses Flussmittel bricht die Oxidschicht auf. Dabei hinterlässt das Flussmittel beim Verdampfen in der Lötwelle Rückstände. Je weniger Flussmittel wir einsetzen müssen, desto weniger Rückstände haben wir auf der gelöteten Baugruppe. An der Lötstelle selber entstehen auch weniger Rückstände. Das hat Vorteile für spätere Prüf- und Testverfahren. Im ICT-Test werden Nadeln an die Lötstellen gefahren. Wenn eine solche Nadel auf eine der störenden Oxidschichten trifft, kontaktiert sie nicht. Dieses Kontaktproblem können wir vermeiden, wenn wir Stickstoff verwenden.

2. Geringere Oberflächenspannung – das Lot fließt besser

Damit das Lot genau dort hinfließt, wo wir es brauchen, müssen wir die Oberflächenspannung entsprechend verringern. Unter Stickstoff gelingt dieser Vorgang besser als unter Sauerstoff. Das heißt, wir erreichen mit dem Stickstoff eine bessere Benetzung von SMD-Pads und einen besseren Durchstieg bei den durchkontaktierten und metallisierten Bohrungen in den Leiterplatten bei der THT-Bestückung.
Darüber hinaus verringern sich durch das bessere Fließverhalten des Lotes die Nacharbeiten. Je enger die Pins der Bauteile auf der Baugruppe beieinanderstehen, desto größer ist die Gefahr, dass das Lot eine Brücke bildet. Je flüssiger das Zinn ist, desto weniger Oberflächenspannung haben wir, desto weniger neigt das Zinn zur Brückenbildung. Das bedeutet weniger Zeit für die Nacharbeit und somit weniger Kosten.

3. Durch Stickstoff entsteht weniger Krätze

Krätze ist eine Oxidschicht, die sich auf dem flüssigen Lot vor allem in den Maschinen bildet. Dies geschieht besonders dort wo größere Mengen flüssigen Zinns vorhanden sind. So zum Beispiel auf der Lötwelle und auf der selektiven Lötwelle. Krätze sieht aus wie Schlacke, ist aber nichts anderes als oxidiertes Zinn und somit Abfall. Je weniger Krätze entsteht, desto geringer ist unser Wartungsaufwand. Jede Wartung bedeutet eine stillgelegte Maschine. Die Verwendung von Stickstoff bedeutet deshalb weniger Maschinen-Stillstandszeiten und wir haben damit eine Kosten- und Zeitersparnis.

„Stickstoff ist kein Wundermittel. Wer nicht löten kann, wird es auch mit Stickstoff nicht besser können. Aber er erleichtert das Erzielen guter Löt-Ergebnisse. Anders gesagt: Stickstoff macht einen ohnehin schon etablierten Prozess noch zuverlässiger."

Rolf Haake
Technische Leitung / Prokurist
A+B Electronic

Unser Fazit: Stickstoff vermehrt gute Lötergebnisse und er macht typische Probleme beherrschbar

Stellt man die Kosten im gesamten Fertigungsprozess gegenüber – Einkauf des Stickstoffes und die Ersparnisse durch den Einsatz von Stickstoff – sparen wir Kosten. So können wir letztlich auch unseren Partnern bessere Bedingungen anbieten.

Wir bei A+B Electronic verfügen über fast 50 Jahre Erfahrung in der SMD-Bestückung. Wir setzen Ihre Wünsche präzise um und können durch eigene Teilelager vor Ort eine schnelle Bearbeitung und Lieferung gewährleisten. Wir besprechen gerne direkt Ihren Auftrag mit Ihnen. Oder Sie schreiben uns in wenigen Worten, was Sie für ein Projekt vorhaben – und wir rufen Sie zurück.

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