Möchten Sie elektrische Komponenten schnell auf Ihre Leiterplatte anlöten? Finden Sie es zeitaufwändig, diese manuell mit Lötkolben anzulöten? Es ist zudem unsicher, Dämpfe für längere Zeit einzuatmen. Also wer würde nicht nach einem alternativen Weg fürs Löten suchen? Sie haben gerade Glück, denn es gibt eine andere Standardmethode des Lötens und sie ist superschnell. Können Sie erraten, worüber wir sprechen? Es geht ums Wellenlöten!
Dieser Prozess des Lötens ermöglicht es Ihnen, mehrere Leiterplatten in kurzer Zeit zu fertigen. Dieser Artikel behandelt also alles über das Wellenlöten. Bleiben Sie dran.
1、Wellenlöten
1.1 Was ist das Wellenlöten?
In den alten Tagen, als die Technologie zur Oberflächenanbringung noch nicht vollständig entwickelt war, war das „Wellenlöten“ eine sehr berühmte Löttechnik. Nahezu jede Leiterplatte verwendete das Wellenlöten zum Platzieren der elektronischen Komponenten. Wellenlöten ist ein Masse-Lötprozess, der es Ihnen erlaubt, viele Leiterplatten schnell herzustellen.
Sie werden jede Leiterplatte über eine Pfanne verflüssigten Lots führen müssen. Dort wird eine Pumpe einen Strömung von Lot erschaffen, der einer stehenden „Welle“ gleicht. Diese stehende Welle regnet über die Leiterplatte und die elektronischen Komponenten werden an die Leiterplatte gelötet. So wirkt der Kontakt zwischen dem Lot und dem Schloss die Magie.
Anschließend erhält die Leiterplatte pustende Luft oder eine Wasserdusche zum sicheren Abkühlen. Die Abkühlungsprozess wird die Komponenten an Ihrem Platz sichern. Weiterhin wird das Wellenlöten in einer abgeschirmten Gasumgebung durchgeführt, da die Stickstoffverwendung hilft, Lötdefekte abzumildern. Abbildung 1 zeigt auf eine Leiterplatte platzierte Komponenten, die bereit sind, in die Lötmaschine zu gehen.
Abbildung 1: Lötprozess
1.2. Technische Details über das Wellenlöten
Technisch gesehen verwendet der Lötvorgang einen vollen Container Zinn, um das Schweißen durchzuführen. Es kann durch hohe Temperaturen gehen, welche dessen Barren schmelzen, wodurch Zinn entsteht. Das verflüssigte Zinn wird als „Seewasser“ bezeichnet. Es wird als „Ausgleichswelle“ bezeichnet, wenn der See statisch und horizontal verläuft. Und es wird „Spoilerwelle“ genannt, wenn es Wellen im See gibt.
Diee Leiterplatte kann als Boot bezeichnet werden. Sie wird über den rauen oder ruhigen See treiben, was es dem Zinn ermöglicht, die elektronischen Teile mit der Platte zu verbinden. Nach dem Zinnbad werden Sie feststellen, dass es schnell abkühlt as Lot wird seine Aufgabe erfüllen. Und welche ist das? Natürlich wird es die elektronischen Komponenten auf die Leiterplatte löten.
Außerdem sollten Sie sicherstellen, dass die Temperatur ausreichend ist während dieses Prozesses. Ist die Temperaturkontrolle nicht ausreichend, kann die Leiterplatte mechanischer Belastung ausgesetzt werden. Dies wiederum wird zu einem Verlust der Leitfähigkeit und zu Rissen führen. Weiterhin kann eine geringe Löttemperatur unangemessene Lötdicke verursachen, die weiterhin zu Plattenspannung führen kann.
1.3 Wann sollte man Wellenlöten einsetzen?
Glücklicherweise kann das Wellenlöten sowohl für die Oberflächenmontage als auch für die Durchgangslochmontage verwendet werden. Bei der Oberflächenmontage werden Sie elektronische Komponenten auf die Oberfläche der Leiterplatte kleben müssen, indem Sie Platzierungsequipment verwenden. Im Anschluss wird diese bereit sein, durch die verflüssigte Lötwelle zu gehen.
Für gewöhnlich wird das Wellenlöten hauptsächlich dafür verwendet, elektronische Teile der Durchgangslöcher zu schweißen. Daher können Sie in vielen großangelegten Anwendungen, in denen Teile der Oberflächenmontage primär verwendet werden, das Reflow-Löten anstelle des Wellenlötens verwenden. Nun fragen Sie sich wahrscheinlich, was das Reflow-Löten ist. Keine Sorge, dazu kommen wir gleich.
Indessen können Sie das Wellenlöten für die Anwendungen benutzen, die weitestgehend Gebrauch von Durchgangslochkomponenten machen. Wir hoffen, dass Sie nun das Grundkonzept des Wellenlötens kennen. Im nächsten Kapitel haben wir den Prozess des Wellenlötens im Detail beschrieben.
2、Der Prozess des Wellenlötens
2.1 Wellenlötmaschine
Auf dem Markt werden Sie vielen Sorten von Wellenlötmaschinen begegnen. Sie können auf Zinn basierte Wellenlötmaschinen oder zinnfreie Lötwellenmaschinen erwerben. Das ist ganz Ihnen überlassen. Jedoch sind die Hauptprinzipien und fundamentalen Teile all dieser Maschinen gleich. Ein Transportband ist ein essentieller Bestandteil, der während dieses Vorgangs verwendet wird. Es führt Leiterplatten durch verschiedene Bereiche.
Als nächstes sehen Sie eine Pfanne des Lots und eine für die Generierung der primären Welle verantwortliche Pumpe. Weiterhin werden Sie einen Flussmittel-Sprüher und ein Vorwärmkissen bekommen. Daher bilden diese vier Hauptteile die Lötmaschine. Das Lot in Wellenlötmaschinen besteht hauptsächlich aus einer Metallmixtur.
Wenn die Maschine verbleites Lot enthält, wird dieses aus 49.5% Blei, 50% Zinn und 0.5% Antimon bestehen. Jedoch sind bei den neuesten Geräten zinnfreie Modelle aufgrund von Gesundheitssorgen erhältlich. Also Zinn-Kupfer-Nickel- und Zinn-Silber-Kupfer-Legierungen werden regelmäßig verwendet. Abbildung 2 stellt eine Wellenlötmaschine zur Schau.
Abbildung 2: Wellenlötmaschine
2.2 Temperatur beim Wellenlöten
Gegenwärtig verwenden Zinnlegierungen zum Löten für gewöhnlich Sn 60/Pb40 und Sn 63/Pb37. Daher wird empfohlen, dass Sie sicherstellen, dass die Temperatur um die 260° ± 5°C beträgt . Nichtsdestotrotz sollten Sie außerdem das Gewicht der Leiterplatte und der Teile in Betracht ziehen.
Praktischerweise können schwere Komponenten bis auf 280°C erhitzt werden. Leichtgewichtige Komponenten, welche hitzeempfindlich sind, können bis zu einer Temperatur von 230°C erhitzt werden. Weiterhin würde es helfen, wenn Sie ein Vorheizen und die Fördergeschwindigkeit in Betracht ziehen würden. Abbildung 3 zeigt eine Nahaufnahme des schmelzenden Zinns.
Abbildung 3: Wellenlöten
Nichtsdestotrotz ist es am besten, die Fördergeschwindigkeit zu verändern, anstelle der Zinntemperatur, da der Temperaturwechsel die Qualität der Lötstellen schädigen wird, indem es die Fließfähigkeit des verflüssigten Containers beeinflusst. Bei hohen Schweißtemperaturen wird Kupfer beginnen, sich aufzulösen und dies wird die Qualitätskontrolle des gesamtheitlichen Lötens ruinieren.
2.3 Flussmittel
Während des Wellenlötvorgangs sollten Sie flüssiges Flussmittel auf die Leiterplatte auftragen. Sie werden feststellen, dass das Benutzen des Flussmittels die Lötqualität der elektronischen Komponenten verbessert. Diese Komponenten, Leiterplatten und auch in Flüssigkeit, wenn gelagert, sind der Atmosphäre ausgesetzt. Diese Exposition kann Sie oxidieren lassen und beeinflusst dadurch die Lötqualität.
Flussmittel entfernt hauptsächlich Schmutz und Oxide auf der Oberfläche des Metalls. Weiterhin bildet es einen Film, um die Luft davon abzuhalten, während Installationen für hohe Temperatur mit der Metalloberfläche zu reagieren. Dadurch kann Lot nicht leicht oxidieren. Nichtsdestotrotz wäre es hilfreich, wenn Sie das verflüssigte Zinn während des Wellenlötprozesses zum Löten verwenden würden.
Gegenwärtig beträgt der Schmelzpunkt des SAC305 bleifreien Lots bei um die 217°C. Und das Flussmittel kann solch hohen Temperaturen nicht für lange Zeit ausgesetzt werden. Daher sollten sie, sollten Sie es ändern wollen, dieses hinzufügen, bevor die Leiterplatte durch die Zinnlösung geht.
Für gewöhnlich kann Flussmittel auf zwei Weisen angewendet werden. Erstens können Sie einen schaumigen Wechsel benutzen, oder zweitens können Sie es durchs Sprühen hinzufügen. Beim schäumenden Flussmittel verbindet sich das Flussmittel mit der Leiterplatte, welches dieses durchquert. Der größte Nachteil dieser Methode besteht darin, dass Sie womöglich feststellen werden, dass der Wechsel nicht einheitlich aufgetragen wird. Dadurch kann schlechtes Löten in den Bereichen auftreten, auf denen kein Flussmittel vorhanden ist.
Bei der Sprühmethode wird das Flussmittel durch eine Düse aufgesprüht , während die Leiterplatte durchläuft. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass der Wechsel schnell durch die Plattenspalten gegeben werden kann. Außerdem kann Flussmittel direkt die elektronischen Komponenten der Vorderseite der Leiterplatte verschmutzen. Weiterhin, sollte der Wechsel nicht verarbeitet werden und nur gerade auf die Platte getropft wird, können Sie ebenfalls die Korrosion der Platte beobachten.
2.4 Vorheizen
Normalerweise erfolgt das Vorheizen bevor der primären Wellenlötvorgang beginnt. Es kann die Temperatur der oberen Platte auf 65 bis 121°C erhöhen bei einer Erhitzungsrate, die zwischen 2°C/s und 40°C/s liegt. Sie werden nicht dazu in der Lage sein, beste Lötresultate zu erzielen, sollte das Vorheizen ungenügend sein. Das liegt daran, dass das Flussmittel womöglich nicht dazu in der Lage sein wird, jedes Teil der Leiterplatte zu erreichen. Auf der anderen Seite, sollten Sie eine hohe Temperatur für das Vorheizen einstellen, kann das „No-Clean“-Flussmittel darunter leiden. Wenn Sie sich nun darüber wundern, was genau ein „No-Clean“-wechsel ist, haben wir dies im nächsten Unterabschnitt für Sie erklärt.
2.5 Reinigung
Der Reinigungsprozess wäscht die Leiterplatte mit deionisiertem Wasser oder mit Lösemitteln, um Rückstände vom Flussmittel zu beseitigen. Jedoch gibt es eine Art Flussmittel, welches keine Reinigung erfordert. Können Sie raten, welches das ist? Ja, selbstverständlich die „No-Clean“-Wechsel, deren Rückstände nach dem Lötvorgang harmlos sind.
Aber es würde helfen, wenn Sie vorsichtig wären. Einige Anwendungen mögen keine „No-Clean“-Flussmittel. Nur deshalb, da „No-Clean“-Wechsel anfällig für die Bedingungen des Vorganges sein können. Nun, da Sie alles über den Wellenlötprozess wissen, werden wir im nächsten Kapitel das Wellenlöten mit anderen Arten des Lötens vergleichen.
3、Arten des Lötens
3.1 Tauchlöten vs. Wellenlöten
Einfach ausgedrückt ist das Tauchlöten ein Lötvorgang mit begrenztem Umfang. Wie das Wellenlöten kann es für sowohl für die Oberflächenmontage als auch für die Durchgangslochmontage der Leiterplatte verwendet werden. Ferner regnet das Lot auf die blanken metallenen Bereiche der Leiterplatte. Daher werden Sie eine verlässliche elektrische und mechanische Verbindung beobachten. Letztendlich stellt das Tauchlöten die manuelle Version des automatisierten Lötvorganges dar.
3.2 Reflowlöten vs. Wellenlöten
Das Reflowlöten stellt die bekannteste Methode zum Fixieren von Oberflächenmontage-Komponenten auf die Leiterplatte dar. Sie werden eine Lötpaste aus Flussmittel und Lötpulver erstellen müssen. Dann werden Sie die Paste dazu verwenden, elektronische Komponenten auf die Kontaktkissen zu fixieren. Weiterhin werden Sie die gesamte Packung unter einer Infrarotlampe erhitzen oder in einem Reflow-Ofen. Das Lot wird sich dann verflüssigen und Verbindungen zwischen den Lötstellen herstellen.
Auf der anderen Seite können Sie ebenfalls verschiedene Lötstellen mit einem Heißluftstift löten. Abbildung 4 zeigt einen Leiterplattenzusammenbau, der durch die Reflow-Ofenmaschine fährt.
Abbildung 4: Wellenlöten
Nun fragen Sie sich wahrscheinlich, welche Methode angewandt werden sollte und wann. Grundsätzlich ist das Wellenlöten komplizierter als das Reflow-Löten. Beim Wellenlöten erfordert es vorsichtige Überwachung der Zeit, für die die Leiterplatte in der Lötwelle verweilt sowie für die Temperatur der Leiterplatte. Die Leiterplatte kann fehlerhaft werden, wenn die Lötumgebung nicht korrekt ist.
Allerdings brauchen Sie sich beim Reflow-Löten keine Sorgen über die Umgebungskontrolle zu machen. Doch so wahr dies auch ist, sollten Sie wissen, dass das Wellenlöten günstiger und schneller als das Reflow-Löten ist. Bei vielen Anwendungen ist das Wellenlöten die einzig nützliche Methode fürs Anlöten von Komponenten auf die Platte.
Sie werden feststellen, dass der Reflow meistens für klein angelegte Anwendungen verwendet wird. Solche Anwendungen benötigen keine verlässlichen, günstigen und in Masse produzierten Leiterplatten. Überraschenderweise können Sie auch eine Kombination aus Reflow und Wellenlöten benutzen. Sie können Komponenten auf einer Seite mit Wellen anlöten und das Reflow-Löten für die andere Seite verwenden.
Dies sind also einige der Alternativen zm Wellenlöten. Jedoch gibt es noch immer eine andere Art der Löttechnik, welche im nächsten Kapitel mit dem Wellenlöten verglichen wird.
4、Selektives Wellenlöten
4.1 Selektive Lötmaschine
Was, wenn sie empfindliche Teile haben, die während des Lötprozesses oder im Reflow-Ofen beschädigt werden könnten? Was würden Sie vorschlagen müsste getan werden, um die hohen Temperaturen zu vermeiden? Würden Sie Ihr Glück mit Wellenlöten oder dem Reflow-Löten versuchen wollen? Oder würden Sie sich eine andere Methode wünschen? Nun, glücklicherweise kommt hier das selektive Wellenlöten ins Spiel.
Es wäre hilfreich, wenn Sie sich für das selektive Wellenlöten entscheiden würden, wenn Sie befürchten, dass Ihre elektronischen Komponenten den Reflow oder das Wellenlöten nicht überstehen würden. Sie werden eine Vielzahl an einzelnen Wellenlötmaschinen auf dem Markt finden. Es gibt Nitrogen eingeführte Standardmaschinen, Löttopfmaschine und viele andere. Abbildung 5 demonstriert die selektive Wellenlötmaschine.
Abbildung 5: Wellenlöten
4.2 Richtlinien fürs selektive Wellenlöten
Wenn Sie eine Maschinen fürs selektive Wellenlöten kaufen, befinden sich Software und Richtlinien dabei. Grundsätzlich müssen Sie die folgenden drei Schritte befolgen, um die Arbeit zu verrichten:
- Sie müssen das flüssige Flussmittel auftragen,
- Müssen die Leiterplatte oder das Vorerhitzen aufbauen,
- Sie müssen unter Verwendung einer „seitenspezifischen“ Lötdüse löten.
4.3 Probleme beim selektiven Löten
Beim selektiven Löten können Ihnen folgende Probleme begegnen:
1. Auflösung des Kupferkissens: Hohe Temperaturen können das Kupferkissen in das geschmolzene Lot auflösen.
2. Lötballformung: Lötbälle können durch das Kleben der Lötmaske bei hohen Temperaturen entstehen.
3. Lötbrücken: Übermäßiges Lot kann zusätzliche Verbindungen zwischen zwei Stiften schaffen.
4. Lötbänder: Auf der Lötdüse verbleibendes Lot kann dies verursachen.
4.4 Kosten der selektiven Wellenlötmaschine
Wenn Sie die selektive Wellenlötmaschine mit den Kosten der Wellenlötmaschine vergleichen wollen, werden Sie erfreut sein zu erfahren, dass das selektive Löten fünf mal günstiger sein wird. Das liegt daran, dass weniger Elektrizität, keine Reinigung erforderlich ist, weniger Nacharbeitung und kein Sicherungskleben.
Hoffentlich können Sie sich jetzt für die Lötmethode entscheiden, die Sie verwenden wollen. Doch bevor Sie sich endgültig entscheiden, haben wir im nächsten Kapitel noch die Defekte, Kosten und Probleme des Wellenlötens im aufgeführt.
5、Defekte und Probleme beim Wellenlöten
5.1 Defekte und Probleme beim Wellenlöten
Wenn die Temperatur und die Lötumgebung nicht adäquat kontrolliert werden, werden Sie folgenden Defekten nach dem Wellenlötvorgang begegnen:
- Hohlräume
- Risse
- Schlechte Leitfähigkeit
- Unangemessene Lötdicke
Und dies sind die wenigen Probleme beim Wellenlöten:
- Höherer Verbrauch von Strom, Flussmittel, Lot und Stickstoff
- Notwendigkeit, das Lot nachträglich zu bearbeiten
- Abdecken besonders empfindlicher Punkte
- Zusätzliches Reinigen von gelöteten Zusammenbauen, Wellenlötapparaturen, Masken oder Paletten
Abbildung 6: Wave Soldering
5.2 Wellenlöten Kosten
Können Sie jetzt, nachdem Sie den gesamten Artikel gelesen haben, die Betriebskosten für eine Wellenlötmaschine abschätzen? Sie können sich selektives Löten vorstellen. Aufgrund der oben genannten Probleme und Defekte kann das Wellenlöten fünf Mal teurer sein.
6、Fazit
In diesem Ratgeber haben wir alles in Bezug auf den Wellenlötprozess erklärt. Wir haben sogar die alternativen Lötmethoden erwähnt. Wir hatten es darauf abgezielt, jegliche Fragen, die Sie womöglich bezüglich des Wellenlötens haben, aufzuklären. Jetzt können Sie einfach entscheiden, welche Art des Lötens wann für Sie passt.
Weiterhin können Sie uns kontaktieren, sollten Sie eine Leiterplatte produzieren wollen oder Ihre Montage genießen wollen. Sie können uns sogar über die Methoden ausfragen, welche wir für die Leiterplattenmontage verwenden. Wir werden Sie auf jede erdenkliche Weise beraten.
Und sollten Sie irgendwelche Fragen haben, wird unser Team aus Experten und Ingenieuren diese zeitnah beantworten. Wir wissen, wie man sich um Ihre Interessen und Bedürfnisse kümmert. Kontaktieren Sie uns unter [email protected].
