Kurzer Überblick
Der Hauptunterschied zwischen Reflow-Löten und Wellenlöten ist folgender: Reflow-Löten wird für Leiterplatten mit oberflächenmontierten Teilen verwendet, während Wellenlöten für Leiterplatten mit durchkontaktierten Teilen verwendet wird. Reflow ist eines der drei Hauptverfahren in der SMT Bestückung. Beim Reflow-Verfahren werden hauptsächlich Leiterplatten gelötet, auf denen sich bereits Bauteile befinden. Beim Reflow-Löten schmilzt die Lötpaste und kühlt dann ab. Durch die Abkühlung werden die Bauteile und die Pads miteinander verbunden.
Im Folgenden wird im Abschnitt über die Reflow-Lötanlagen von Nitto das technische Prinzip des Reflow-Lötens erläutert. Außerdem wird ein detaillierter Einblick in die in der SMT-Industrie verwendete Bestückungstechnologie gegeben. Die Reflow-Maschinen von Nitto Denko verfügen über ein modulares, digitales und benutzerfreundliches Design. Sie zeichnen sich durch hohe Leistung, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Wartungsfreundlichkeit und Benutzerfreundlichkeit aus. Diese Eigenschaften helfen den Kunden, die Betriebskosten zu senken. Außerdem helfen sie den Kunden, pünktlich Qualitätsprodukte herzustellen. Für Wellenlötprodukte sind diese Maschinen die erste Wahl und eine gute Investition.
Vier neue Technologien im Wellenlöt-Ofen-System
1) Vertikales Sprühen auf die Leiterplattenoberfläche (mit Bahnoptimierungssystem)
A. Wenn die Düse senkrecht zur Leiterplatte sprüht, verteilt sich das Flussmittel gleichmäßiger auf der Leiterplatte. Das Spray dringt besser in die Löcher ein. Dies verbessert die Fähigkeit des geschmolzenen Lots, aufzusteigen und zu benetzen.
B. Ein automatisches Bahnoptimierungssystem sorgt für eine gleichmäßige Flussmittelbeschichtung.
C. Die erweiterte Software kann die Sprüheinstellungen auf der Grundlage der Fördergeschwindigkeit und der Leiterplattenbreite anpassen.
(Bilder, auf die im Originaltext verwiesen wird, sind hier nicht enthalten).
2) Das Wellenlot verwendet einen Eisengusstank mit einer Keramikoberfläche, um die Lebensdauer zu verlängern.
A. Die Verwendung einer 10 mm dicken Tankwand aus Gusseisen erhöht die Widerstandsfähigkeit des Tanks gegen Verformung bei Erwärmung erheblich.
B. Gusseisen enthält eine Menge Graphit. Graphit lässt sich nicht gut mit Lötzinn benetzen und verursacht daher nur geringe Korrosionsschäden am Tank. Um die Korrosionsbeständigkeit und die Glätte des Tanks weiter zu verbessern, wird die Oberfläche des Gusseisens mit einer Keramikbehandlung versehen. Dadurch wird die Lebensdauer weiter erhöht.
3) Neue Fließkanäle und neue Düsendesigns zur Verringerung der Oxidation und zur Senkung der Betriebskosten
Diese Änderungen verringern die Oxidationsmenge und senken so die Betriebskosten des Kunden.
4) Neues Flügelrad- und Strömungskanaldesign für eine stabilere Lötwelle
- Die Düse, der Strömungskanal und die Struktur des Laufrads wirken sich direkt auf die Wellenstabilität aus.
- Die Wellenhöhe kann innerhalb von ±0,5 mm kontrolliert werden.
- Vorteile der gemischten Vorwärmung a. Die Infrarot-Vorwärmung erhöht die Temperatur schnell. Das Vorheizen mit Heißluft hilft, die Temperatur gleichmäßig zu halten. b. Die Verwendung von Infrarot und Heißluft führt zu einer schnellen Erwärmung und einer gleichmäßigeren Temperatur. c. Das gemischte Vorheizen ist besonders für wasserlösliche Flussmittel geeignet.
- Eingebautes lokales selektives Sprühsystem A. Das lokale Sprühsystem bewegt sich in X und Y mit Hilfe eines Schrittmotors mit Zahnriemen, Kugelumlaufspindel und Linearführung. Dies ermöglicht das lokale, selektive Sprühen von Flussmittel. B. Ausgewählte Düsen können Punkt-, Linien- und Rechtecksprühung ausführen. C. Das System verwendet einen PC und eine Bewegungssteuerungskarte. Es reagiert schnell, bietet hohe Genauigkeit und ist programmierbar. Es ist einfach zu bedienen und zu reinigen. D. Es ist geeignet, wenn die Sprühfläche weniger als 50% der Gesamtfläche beträgt. Es kann mehr als 50% Flussmittel einsparen.
- Lokale Stickstofffüllvorrichtung im Bereich des Löttopfes A. Eine lokale Stickstoffbefüllungsvorrichtung im Löttopf kann mit einer geringen Stickstoffmenge eine hohe Stickstoffkonzentration unter der Leiterplatte und um die Lötdüse herum liefern. B. Es wird ein spezielles nanomikroporöses Rohr aus Edelstahl verwendet. Der Stickstoff diffundiert und füllt den Bereich gleichmäßig mit hoher Konzentration. C. Drei Durchflussmesser steuern drei Stickstoffleitungen. Der Stickstoffverbrauch beträgt etwa 12 m³/h. Die Sauerstoffkonzentration in der Nähe des Lötstroms an der Düse beträgt etwa 1000 ppm. D. Dies verbessert die Lötqualität und verringert die Oxidation des Lots. Das Gerät bietet keine Online-Erkennung der Sauerstoffkonzentration.
1. Prinzip des Reflow-Lötens
Da elektronische Leiterplatten immer kleiner werden, sind Chip-Bauteile immer häufiger. Herkömmliche Lötverfahren werden dem Bedarf nicht mehr gerecht. Für die Montage gemischter integrierter Schaltungen wird das Reflow-Löten verwendet. Die Teile für diese Baugruppe sind in der Regel Chip-Kondensatoren, Chip-Induktivitäten, Chip-Transistoren, Dioden und so weiter.
Mit der Weiterentwicklung und Vervollständigung der SMT-Technologie erschienen mehr SMC-Teile und SMD-Bauteile. Auch das Reflow-Lötverfahren und die Ausrüstung wurden verbessert. Das Reflow-Löten wurde weit verbreitet. Fast jedes Elektronikprodukt wird heute im Reflow-Verfahren gelötet.
Reflow-Löten (Englisch: Reflow) schmilzt Lotpaste, die zuvor auf die Leiterplattenpads aufgetragen wurde. In der Schmelze verbinden sich die Leitungen oder Anschlüsse der oberflächenmontierten Bauteile mechanisch und elektrisch mit den Leiterplattenpads. Beim Reflow-Verfahren werden die Teile auf der Leiterplatte befestigt. Das Reflow-Verfahren funktioniert durch einen Heißluftstrom, der auf die Lötstellen einwirkt. Das Flussmittel in der Paste reagiert unter einer bestimmten hohen Temperatur, so dass die SMD-Verbindungen entstehen. Der Name Reflow bezieht sich auf die Zirkulation von Heißgas im Inneren der Maschine, die die für das Löten erforderliche hohe Temperatur erreicht.
2. Grundlegende Beschreibung einer Reflow-Lötanlage (mit Temperaturkurve)
Wenn eine Leiterplatte in die Aufheizzone kommt:
A. Die Lösungsmittel und Gase in der Lötpaste verdampfen. Gleichzeitig benetzt das Flussmittel die Pads, Bauteilanschlüsse und Stifte. Die Paste wird weicher und fällt in sich zusammen. Sie bedeckt die Pads und sperrt den Sauerstoff von den Pads und Bauteilanschlüssen ab.
B. Wenn die Leiterplatte in den Eintauchbereich eintritt, werden die Leiterplatte und die Bauteile ausreichend vorgewärmt. Dies verhindert Schäden durch einen plötzlichen Anstieg der Löttemperatur.
C. Wenn die Leiterplatte in die Reflow-Zone eintritt, steigt die Temperatur schnell an und die Paste schmilzt. Das flüssige Lot benetzt die Pads, Bauteilanschlüsse und Stifte. Es breitet sich aus, fließt und bildet durch Benetzung und Vermischung Lötstellen.
D. Die Leiterplatte kommt in die Kühlzone und das Lot erstarrt. Damit ist das Reflow-Löten abgeschlossen.
(In Handbüchern wird hier in der Regel ein Standard-Reflow-Temperaturprofil abgebildet).
3. Anforderungen an den Reflow-Lötprozess
Reflow ist in der Elektronikfertigung weit verbreitet. Die Platinen in unseren Computern verwenden dieses Verfahren. Die Vorteile sind: Die Temperatur ist leicht zu kontrollieren, die Oxidation während des Lötens kann begrenzt werden, und die Produktionskosten sind leichter zu kontrollieren.
Die Maschine ist mit einem Heizsystem ausgestattet. Heißer Stickstoff oder heiße Luft wird auf die Platine geblasen, auf der sich bereits Teile befinden. Das Lot schmilzt und verbindet die Teile mit der Leiterplatte.
Wichtige Punkte:
- Legen Sie ein geeignetes Reflow-Temperaturprofil fest. Testen Sie das Profil mit einem Temperaturfühler in Echtzeit.
- Beachten Sie bei der Verarbeitung die auf der Platine angegebene Lötrichtung.
- Vermeiden Sie Vibrationen des Förderers während des Lötens.
- Prüfen Sie die gelöteten Platinen auf ihre Qualität.
- Prüfen Sie, ob die Lötstelle voll ist, die Oberfläche der Lötstelle nass ist, die Lötstelle die Form eines schönen Halbmondes hat und ob Lötkugeln und -rückstände, Grabsteine und kalte Lötstellen vorhanden sind. Achten Sie auch auf Farbveränderungen auf der Leiterplattenoberfläche. Passen Sie das Temperaturprofil anhand der Prüfergebnisse an. Überprüfen Sie während eines vollen Produktionslaufs regelmäßig die Lötqualität.
4. Faktoren, die das Reflow-Löten beeinflussen
- Große Teile wie PLCC und QFP und einige diskrete Chipteile haben eine größere thermische Masse. Es ist schwieriger, ein großes Teil zu löten als ein kleines.
- Das Förderband in einem Reflow-Ofen bewegt die Teile in einer Schleife. Das Förderband wirkt auch wie ein Kühlkörper. Die thermischen Bedingungen am Rand und in der Mitte des Heizbereichs sind unterschiedlich. Selbst innerhalb einer Zone herrschen also unterschiedliche Temperaturen. Jede Temperaturzone im Ofen und jede Position auf der Platine kann unterschiedliche Temperaturen aufweisen.
- Die Produktbelastung beeinflusst die Reproduzierbarkeit. Bei der Anpassung der Reflow-Temperaturkurve müssen die Ingenieure sicherstellen, dass sie im Leerlauf, unter Last und bei verschiedenen Belastungsfaktoren konsistente Ergebnisse liefert. Belastungsfaktor LF = L / (L + S), wobei L = Länge der bestückten Platten auf dem Förderband und S = Abstand zwischen den Platten. Es ist schwieriger, eine gute Wiederholbarkeit zu erreichen, wenn LF groß ist. Der typische Bereich für einen großen Lastfaktor liegt bei 0,5-0,9, je nach Produkt (Bauteildichte, Leiterplattentyp) und Ofentyp. Gutes Löten und gute Wiederholbarkeit erfordern praktische Erfahrung.
5. Vorteile des Reflow-Lötverfahrens
- Beim Reflow-Löten wird die Leiterplatte nicht in geschmolzenes Lot getaucht. Stattdessen erfolgt eine lokale Erwärmung. Dadurch werden die Teile weniger thermischen Schocks ausgesetzt. Die Wahrscheinlichkeit, dass Teile durch Überhitzung beschädigt werden, ist geringer.
- Da das Lot nur an der Verbindungsstelle aufgetragen wird und die Wärmezufuhr lokal erfolgt, sind Fehler wie Brückenbildung leichter zu vermeiden.
- Das Reflow-Lot wird nur einmal verwendet. Es gibt keine Wiederverwendung von Lot. Dadurch bleibt das Lot sauber und frei von Verunreinigungen und trägt zu guten Lötstellen bei.
6. Ablauf des Reflow-Prozesses
Reflow wird für oberflächenmontierte Leiterplatten verwendet. Der Fluss ist relativ komplex und hat zwei Haupttypen: einseitige Montage und doppelseitige Montage.
A. Einseitige Montage: Lötpaste auftragen → Teile platzieren (von Hand oder maschinell) → Reflow → Inspektion und elektrische Prüfung.
B. Doppelseitige Montage: A-Seite Paste auftragen → Teile platzieren → Reflow → B-Seite Paste auftragen → Teile platzieren → Reflow → Inspektion und elektrische Prüfung.
Eine einfache Zusammenfassung ist: “Siebdruck-Lotpaste → Teile platzieren → Reflow”. Der Schlüssel ist der genaue Siebdruck. Die Ausbeute bei der Bestückung hängt von der PPM der Bestückungsmaschine ab. Beim Reflow müssen die Temperaturrampe, die Spitzentemperatur und die Abkühlkurve kontrolliert werden.
7. Regeln für die Wartung der Reflow-Maschine
Nach dem Gebrauch einer Reflow-Maschine müssen Sie diese warten. Dies trägt dazu bei, die Lebensdauer des Geräts zu verlängern.
- Überprüfen Sie täglich alle Teile der Maschine. Achten Sie besonders auf das Gitterband des Förderers. Achten Sie darauf, dass es nicht klemmt oder abfällt.
- Schalten Sie bei der Reparatur des Geräts den Strom ab, um Stromschläge oder Kurzschlüsse zu vermeiden.
- Halten Sie die Maschine stabil. Sie darf nicht kippen oder instabil sein.
- Wenn eine Heizzone nicht mehr heizt, prüfen Sie zuerst die zugehörige Sicherung. (Im Originaltext scheint dieser Satz gestrichen zu sein; die Sicherung ist oft als erstes zu prüfen).
8. Sicherheits- und Betriebshinweise für Reflow-Maschinen
- Um die persönliche Sicherheit zu gewährleisten, müssen die Mitarbeiter Namensschilder und Schmuck ablegen. Tragen Sie keine weiten Ärmel.
- Achten Sie auf hohe Temperaturen und vermeiden Sie Verbrennungen. Tragen Sie einen geeigneten Schutz.
- Ändern Sie nicht willkürlich die Temperaturzonen des Ofens oder die Fördergeschwindigkeit.
- Sorgen Sie für die Belüftung des Raumes. Die Abluftleitung sollte nach außen zum Fenster führen.
Kurze abschließende Zusammenfassung
- Reflow ist für SMD-Leiterplatten geeignet. Wellenlöten ist für durchkontaktierte Leiterplatten.
- Reflow schmilzt die zuvor aufgetragene Paste mit kontrollierter Hitze und Kühlung. Wave taucht die Leiterplatte in eine sich bewegende Lötwelle.
- Das Reflow-Verfahren ermöglicht eine gute Kontrolle der Temperatur und der Oxidation und ist in der SMT-Bestückung weit verbreitet.
- Moderne Wellenlötanlagen verfügen über vertikales Spritzen, bessere Ofenmaterialien, eine verbesserte Strömungsführung, gemischte Vorwärmung, lokales Spritzen und lokalen Stickstoff, um die Ausbeute zu erhöhen und die Kosten zu senken.
- Korrekte Temperaturprofile, Belastungsplanung, sorgfältige Inspektion und regelmäßige Wartung sind der Schlüssel zu einer stabilen Ausbeute sowohl bei Reflow- als auch bei Wellenprozessen.
