Löten unter Stickstoff? Warum wir mit diesem Verfahren beste Erfahrungen gemacht haben
Drei Vorteile von Stickstoff beim Löten 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 und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, löten wir unter Stickstoff. Welche drei Auswirkungen Stickstoff auf den Lötprozess und das Endergebnis hat, erfahren Sie hier in nur wenigen Minuten Lesezeit.
Warum löten wir in der EMS-Fertigung unter Stickstoff?
Bevor wir diese Frage beantworten, klären wir zunächst, was Stickstoff überhaupt ist. Denn darin steckt bereits ein Teil der Antwort. Stickstoff wird beim Löten als Schutzgas eingesetzt. Dieses Schutzgas verdrängt Sauerstoff und verringert dadurch Oxidationen. Rost ist die bekannteste Oxidation durch Sauerstoff. Unsere Atemluft besteht übrigens zu rund 78 Prozent aus Stickstoff, zu rund 21 Prozent aus Sauerstoff und zu etwa einem Prozent aus weiteren Gasen. In der EMS-Fertigung setzen wir Stickstoff beim Löten ein, um gute Lötergebnisse leichter und zuverlässiger zu erreichen. Das Schutzgas verdrängt im Lötprozess den Sauerstoff. Der Effekt: Das flüssige Lot sowie die Metalloberflächen der Bauteile und die Kontaktflächen der Leiterplatten oxidieren deutlich weniger.
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 einem Konvektionsofen 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. Dabei wird die Baugruppe mit der Unterseite über die Lötwelle transportiert, wo die späteren Lötstellen mit dem flüssigen Lot benetzt werden. Im anschließenden Kühlprozess bilden sich die Lötstellen aus.
Löten unter Stickstoff: Drei Vorteile von Stickstoff beim Löten in der EMS-Fertigung
1. Stickstoff verringert die Oxidbildung
Oxide sind Sauerstoffverbindungen, die auf der Leiterplatte die Benetzung mit Lot verhindern oder erschweren können. Stickstoff verringert die Neubildung solcher Oxide während des Lötprozesses, kann sie aber nicht vollständig verhindern. Daher müssen bereits vorhandene Oberflächenoxide weiterhin 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. Beim ICT-Test werden Prüfnadeln an definierte Kontaktstellen der Baugruppe geführt. Rückstände oder Oxidschichten können den elektrischen Kontakt beeinträchtigen. Saubere und gut benetzte Kontaktflächen unterstützen daher zuverlässige Prüfergebnisse.
2. Das Lot benetzt die Oberflächen besser
Damit das Lot genau die vorgesehenen Flächen erreicht, müssen die Oberflächen gut benetzbar sein. Unter Stickstoff entstehen weniger Oxidschichten. Dadurch kann das Lot Pads, Bauteilanschlüsse und metallisierte Bohrungen besser benetzen. So erreichen wir eine bessere Benetzung von SMD-Pads und einen zuverlässigeren Lotdurchstieg bei durchkontaktierten und metallisierten Bohrungen in der THT-Bestückung. Durch den stabileren Lötprozess können sich auch die notwendigen Nacharbeiten verringern. Je enger die Pins der Bauteile auf einer Baugruppe beieinanderstehen, desto größer ist grundsätzlich die Gefahr von Lötbrücken. Stickstoff kann helfen, den Prozess besser beherrschbar zu machen. Entscheidend bleiben jedoch auch das Baugruppendesign, das Temperaturprofil sowie die Auswahl von Lot und Flussmittel.
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 Lots mit Sauerstoff in Kontakt kommen, beispielsweise auf der Lötwelle oder im Bereich einer Selektivlötdüse. Krätze sieht aus wie Schlacke, ist aber nichts anderes als oxidiertes Zinn und somit Abfall. Je weniger Krätze entsteht, desto geringer sind der Lotverlust und unser Wartungsaufwand. Jede Wartung bedeutet eine stillgelegte Maschine. Der Einsatz von Stickstoff kann deshalb Maschinenstillstände reduzieren und Zeit sowie Kosten sparen.
„Stickstoff ist kein Wundermittel. Wer seinen Lötprozess nicht beherrscht, wird allein durch Stickstoff keine besseren Ergebnisse erzielen. Aber er erleichtert das Erzielen guter Lötergebnisse. Anders gesagt: Stickstoff macht einen ohnehin schon etablierten Prozess noch zuverlässiger."
Kristin Teichmann
Technische Leiterin
A+B Electronic
Unser Fazit: Stickstoff unterstützt zuverlässige Lötergebnisse und macht typische Probleme beherrschbar
Stellt man die Kosten im gesamten Fertigungsprozess gegenüber also den Einkauf des Stickstoffs und die Einsparungen durch seinen Einsatz –, ergibt sich für uns ein wirtschaftlicher Vorteil. Weniger Oxidation, eine bessere Benetzung, weniger Krätze und ein geringerer Aufwand für Nacharbeit und Wartung machen den Lötprozess zuverlässiger. So können wir letztlich auch unseren Partnern bessere Bedingungen anbieten.
Wir bei A+B Electronic verfügen über mehr als 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.
