LMPA-S

Geeignet für

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  Selektivlöten

  Selektivlöten ist eine Löttechnologie in der Elektronikfertigung, die typischerweise für Leiterplattendesigns mit hauptsächlich SMD-Bauteilen (Surface Mount Device) für das Reflowlöten und nur wenigen durchkontaktierten Bauteilen die den Reflowlötprozess nicht durchlaufen können, verwendet wird. Dabei handelt es sich in der Regel um thermisch schwere Bauteile wie z.B. große Transformer oder thermisch empfindliche Bauteile wie z.B. Folienkondensatoren, Displays, Steckverbinder mit empfindlichen Kunststoffgehäusen, Relais, usw.. Der Selektivlötprozess ermöglicht es, diese durchkontaktierten Bauteile zu löten, ohne die SMD-Bauteile auf der Unterseite der Leiterplatte zu beeinträchtigen oder schützen zu müssen. Der Selektivlötprozess ist sehr flexibel, da die Parameter für jede Lötstelle separat programmiert werden können. Die größte Einschränkung des Prozesses ist jedoch der Durchsatz oder die Produktionskapazität. Diese kann erheblich verbessert werden, wenn eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird, die eine schnellere Lötgeschwindigkeit ermöglicht und die Produktionskapazität auf bis zu 100% (das Doppelte) erhöht. Der Prozess beginnt mit dem Auftragen eines flüssigen Flussmittels, das die zu lötenden Oberflächen desoxidiert. Dieses Flussmittel wird mit einem Microjet- oder Dropjet-Fluxer aufgetragen, der sehr kleine Tropfen jettet. Die richtige Kalibrierung und Programmierung dieses Fluxers ist entscheidend für gute Lötergebnisse. Ein häufiger Fehler ist, dass das Flussmittel außerhalb des Kontaktbereichs der Lötdüse aufgetragen wird. Dieses Flussmittel verbleibt dann als nicht verbrauchter Flussmittelrückstand. Bei einigen Flussmitteln und empfindlichen elektronischen Schaltungen kann dies zu erhöhten Fehlströmen und Ausfällen vom elektronischen Gerät im Feld führen. Es ist ratsam, Flussmittel zu verwenden, die speziell für das Selektivlöten entwickelt wurden und die absolut halogenfrei sind. Die IPC-Klassifizierung für Flussmittel erlaubt bis zu 500ppm Halogene für die niedrigste Aktivierungsklasse, aber auch diese 500ppm können kritisch sein. Daher ist absolut halogenfrei das Schlüsselwort. Der nächste Schritt im Prozess ist das Vorheizen. Bei diesem Prozessschritt werden die Lösungsmittel des Flussmittels verdampft und Wärme in der Baugruppe gebracht um eine gute Benetzung des Lots durch die Löcher zu unterstützen. Löten ist ein thermischer Prozess, und für die Bildung einer Lötstelle ist eine gewisse Menge an Wärme erforderlich. Diese Wärme wird sowohl von der Unterseite als auch von der Oberseite der zu lötenden Durchkontaktierte Bauteile benötigt. Diese Wärme kann durch das Vorheizen und durch die flüssige Lotlegierung angebracht werden. Einige einfache Maschinen haben keine Vorheizung, sie müssen die gesamte Wärme über die flüssige Lotlegierung zuführen und verwenden generell höhere Temperaturen zum Löten. Eine Vorheizung ist in der Regel ein kurzwelliges IR-Gerät (Infrarot), das die Wärme von der Unterseite der Leiterplatte anbringt. In den meisten Fällen können die Zeit und die Leistung der Vorheizung programmiert werden. Für thermisch schwere Leiterplatten und Anwendungen gibt es Vorheizungsmodulen von der Oberseite. In der Regel handelt es sich dabei um Heißluftgeräte (Konvektion), bei denen die Temperatur der Luft programmiert werden kann. Wenn Sie ein solches Gerät verwenden, ist es wichtig zu wissen, ob sich auf der Oberseite der Platine temperaturempfindliche Bauteilen befinden, die von dieser Vorheizung beeinträchtigt werden könnten. Es gibt mehrere Systeme zum Löten. Dasjenige, bei dem die Leiterplatte stillsteht und sich nur die Lötdüse bewegt, ist definitiv vorzuziehen, da jegliche G-Kräfte beim Erstarren des Lots vermieden werden sollten. Beim Löten wird eine flüssige Lotlegierung durch eine Lötdüse gepumpt, wobei es verschiedene Düsengrößen und -formen gibt, breite Düsen, kleine Düsen, lange Düsen und kurze Düsen. Je nach den zu lötenden Bauteilen wird die eine oder der anderen bevorzugt. Generell bieten breitere und kürzere Düsen eine bessere Wärmeübertragung und werden daher bevorzugt. Kleinere und längere Düsen können für Situationen mit eingeschränkter Zugänglichkeit verwendet werden. Benetzbare Düsen sind nicht benetzbaren Düsen vorzuziehen, da sie ein viel gleichmäßigeres Fließen des Lots und stabilere Lötergebnisse ermöglichen. Um ein stabiles Fließen des Lots zu erreichen, ist es ratsam, die Düse mit Stickstoff zu fluten. Der Stickstoff wird vorzugsweise vorgewärmt, da er sonst das Lot und die Leiterplatte abkühlt. Die Optimierung des Lötprogramms ist entscheidend für die Optimierung des Durchsatzes/der Kapazität der Selektivlötmaschine. Dabei geht es darum, die minimalen Zeiten und maximalen Geschwindigkeiten zu finden, die eine guten Durchstieg in den Durchkontaktierungen in Kombination mit keiner Brückenbildung ermöglichen.

Die wichtigsten Vorteile

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  Absolut halogenfrei

  Absolut halogenfreie Lötchemie enthält weder absichtlich hinzugefügte Halogene noch Halogenide. Die IPC-Klassifizierung erlaubt bis zu 500 ppm Halogene für die niedrigste 'L0'-Klassifizierung. Flussmittel, Lotpasten und Lötdrähte aus dieser Klasse werden oft als 'halogenfrei' bezeichnet. Absolut halogenfreie Lötchemie geht noch einen Schritt weiter und enthält diese 'erlaubte' Menge an Halogenen nicht. Insbesondere in Kombination mit bleifreien Lotlegierungen und bei empfindlichen elektronischen Anwendungen gibt es Berichte dass diese geringen Mengen an Halogenen zu Zuverlässigkeitsproblemen wie z.B. zu hohen Leckströmen geführt haben. Halogene sind Elemente aus dem Periodensystem wie Cl, Br, F und I. Sie haben die physikalische Eigenschaft, dass sie gerne reagieren. Das ist aus Sicht der Lötchemie sehr interessant, denn sie soll Oxide von den zu lötenden Oberflächen entfernen. Und in der Tat erfüllen Halogene diese Aufgabe sehr gut. Selbst schwer zu reinigende Oberflächen wie Messing, Zn, Ni,... oder stark oxidierte Oberflächen oder degradiertes I-Sn und OSP (Organische Schutzschicht) können mit Hilfe von halogenhaltigen Flussmitteln gelötet werden. Halogene bieten ein großes Prozessfenster für die Lötbarkeit. Das Problem ist jedoch, dass die Rückstände und Reaktionsprodukte von halogenhaltigen Flussmitteln für elektronische Schaltungen problematisch sein können. Sie haben in der Regel eine hohe Hygroskopizität und eine hohe Wasserlöslichkeit und bergen ein erhöhtes Risiko für Elektromigration und hohe Leckströme. Dies bedeutet ein hohes Risiko für Fehlfunktionen der elektronischen Schaltungen. Speziell bei bleifreien Lötlegierungen häufen sich die Berichte, dass selbst kleinste Mengen an Halogenen für empfindliche elektronische Anwendungen problematisch sein können. Bei empfindlichen elektronischen Anwendungen handelt es sich in der Regel um hochohmige Schaltungen, Messschaltungen, Hochfrequenzschaltungen, Sensoren,... Deshalb geht die Tendenz dahin, in der Elektronikfertigung von Halogenen in der Lötchemie wegzukommen. Wenn die Lötbarkeit der zu lötenden Oberflächen von Bauteilen und Leiterplatte normal ist, besteht im Allgemeinen keine Notwendigkeit für diese Halogene. Intelligent konzipierte, absolut halogenfreie Lötprodukte bieten ein ausreichend großes Prozessfenster, um die Oberflächen zu reinigen und ein gutes Lötergebnis zu erzielen, und dies in Kombination mit hoch zuverlässigen Rückständen.
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  Reduzierte Lötperlenbildung

  Lötperlen sind kleine Kugeln aus Lotlegierung, die nach dem Wellen-, Selektiv- oder Reflowlöten auf der Lötstoppmaske der Leiterplatte (PCB) zurückbleiben. Sie sind nicht erwünscht, aber oft vorhanden. Sie werden in der Regel durch mehrere Parameter verursacht. Beim Wellenlöten ist der wichtigste Parameter die Lötstoppmaske. Die Neigung einer Lötstoppmaske, Lötperlen zu 'erzeugen', hängt von ihrer Oberflächenstruktur ab, die eine Eigenschaft der Lötstoppmaske selbst ist. Darüber hinaus müssen die korrekten Aushärtungsparameter der Löstoppmaske bei der Herstellung von den Leiterplatten (PCBs) beachtet werden. Eine schlechte Aushärtung kann zu mehr Lötperlen führen. Ein zweiter Parameter ist das Flussmittel. Einige Flussmittel neigen eher zur Bildung von Lötperlen als Andere. Im Allgemeinen erzeugen die Flussmittel mit höherem Feststoffgehalt und die Flussmittel der 'RO'-Klasse weniger Lötperlen. Flussmittel auf Wasserbasis erzeugen im Allgemeinen mehr Lötperlen als Flussmittel auf Alkoholbasis, aber es gibt spezielle Versionen von Flussmitteln auf Wasserbasis, die weniger Lötperlen erzeugen als Flussmittel auf Alkoholbasis, wie PacIFic 2009MLF und PacIF 2009MLF-E. Bei der Verarbeitung ist es wichtig, die richtige Einstellung des Fluxers in Kombination mit der richtigen Vorheizung zu wählen, um die Bildung von Lötperlen zu minimieren. Zu viel Flussmittel oder Flussmittel das zwischen den Träger und die Leiterplatte gelangt, kann beim Vorheizen nur schwer abtrocknen und beim Wellenkontakt Lötperlen erzeugen. Zu niedrige Vorheizungseinstellungen können in diesem Zusammenhang ebenfalls problematisch sein, vor allem bei Flussmitteln auf Wasserbasis. Eine Heißluftkonvektionsvorheizung kann helfen, Flussmittel leichter zu trocknen. Ein weiterer Parameter ist die Lötwelle. Turbulente Wellen erzeugen mehr Lötperlen. Turbulenzen können durch die Art des Wellenformers selbst (wie z.B. eine Chip-Welle oder eine Wörthmann-Welle) oder durch schlechte Einstellungen oder Krätzeverschmutzung im Wellenformer verursacht werden. Auch die physische Konstruktion der Leiterplatte und des Trägers kann zusätzliche Turbulenzen verursachen. Leiterplatten mit vielen Komponenten auf der Lötseite und Träger mit kleinen und tiefen Taschen erzeugen zusätzliche Turbulenzen. Auch beim Selektivlöten ist die Lötstoppmaske der wichtigste Parameter für die Lötperlen und die Unterschiede zwischen den Flussmitteln sind ähnlich wie beim Wellenlöten. Bei diesem Verfahren ist die Miniwelle selbst turbulent und wird oft zum Löten von Steckern verwendet, die eine zusätzliche Turbulenz erzeugen. Dies führt dazu, dass der Selektivlötprozess im Allgemeinen noch empfindlicher für Lötperlen ist als das Wellenlöten. Beim Reflowlöten ist die Hauptursache für Lötperlen der Druckprozess der Lotpaste. Wenn die Lotpaste außerhalb der benetzbaren Lötpads landet, kann dies nach dem Reflowlöten zu Lötperlen führen. Die Gründe dafür können vielfältig sein: Die horizontale Positionierung der Leiterplatte (PCB) unter der Schablone war nicht korrekt, die vertikale Ausrichtung von Leiterplatte und Schablone war nicht korrekt (nicht parallel), der Druck der Leiterplatte gegen die Schablone war nicht hoch genug, der Rakeldruck war zu hoch, die Druckgeschwindigkeit war zu niedrig, es gab keine Reduzierung der Schablonenöffnung, es gab eine Abweichung in der Leiterplatte, die Temperatur in der Produktion war zu hoch (>30°C), angesammelte Rückstände aufgrund zu langer Intervalle für die Schablonenreinigung, Kontourenstabilität der Lotpaste (Slump), eine oxidierte Lotpaste,... Einige Lotpasten können empfindlicher für die Bildung von Lötperlen sein, wenn sie sich außerhalb des benetzbaren Pads befinden, als Andere. Eine weitere Ursache für Lötperlen kann die Bestückungsmaschine (Pick-and-Place) sein. Wenn die vertikale Kraft beim Platzieren des Bauteils zu hoch ist, kann dies dazu führen, dass die Paste gequetscht wird und außerhalb des benetzbaren Pads landet. Leider sind nicht alle Bestückungsmaschinen in dieser Hinsicht leicht einstellbar. Auch das Lötprofil kann zur Bildung von Lötperlen beitragen. Stufen im Reflowprofil zwischen 100-150°C sind dafür bekannt, dass manche Lötpasten zusammensacken (Slump) und außerhalb des Pads landen. Dies kann jedoch von einer Lotpaste zur anderen sehr unterschiedlich sein. Dampfphasenöfen ist generell auch etwas anfälliger für die Bildung von Lötperlen, da die Flüssigkeit, die am Dampf kondensiert, die Lotpaste zum Zusammensacken bringen kann. Auch hier kann es einen ziemlich großen Unterschied zwischen einer Lotpaste und einer Anderen geben. Ein weiteres Phänomen, bei dem eine Lötperle an der Seite eines Chip-Bauteils kleben bleibt, wird als 'Solder beading' oder 'Mid-chip solderballing' bezeichnet. Dies wird hauptsächlich durch zu viel Lotpaste und den nicht benetzbaren Teil des Bauteilanschlusses der mit der Lotpaste in Kontakt kommt, verursacht. Die überschüssige Lotpaste bleibt als Lötperle an der Seite des Chipbauteils haften. Eine dünnere Schablone, eine höhere Schablonenöffnungsreduzierung und ein spezielles Schablonenöffnungsdesign werden verwendet, um dieses Problem zu lösen.
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  Auf Alkoholbasis (VOC)

  Lötflussmittel auf Alkoholbasis sind flüssige Flussmittel, die Alkohol(e) als Hauptlösungsmittel enthalten. Die Mehrheit der in der Elektronikfertigung verwendeten flüssigen Flussmittel ist nach wie vor auf Alkoholbasis. Die Hauptgründe dafür sind ihre historische Verwendung (und damit ihr Marktanteil) sowie ihr im Allgemeinen größeres Prozessfenster im Vergleich zu Flussmitteln auf Wasserbasis. Flussmittel auf Wasserbasis haben zahlreiche Vorteile gegenüber Flussmitteln auf Alkoholbasis, wie z.B. geringerer Verbrauch, keine VOC-Emissionen (flüchtige organische Verbindungen), keine Brandgefahr, keine Notwendigkeit für speziellen Transport und Lagerung, geringere Geruchsbelästigung im Produktionsbereich,... Viele Elektronikhersteller scheinen jedoch das größere Prozessfenster von Flussmitteln auf Alkoholbasis den Vorteilen von Flussmitteln auf Wasserbasis vorzuziehen. Flussmittel auf Alkoholbasis sind im Allgemeinen weniger empfindlich gegenüber den richtigen Einstellungen des Sprühfluxers, um einen guten Flussmittelauftrag auf der Oberfläche und in den Durchkontaktierungen zu erzielen. Außerdem lassen sie sich beim Vorheizen leichter verdampfen und bergen ein geringeres Risiko, dass verbleibende Lösungsmitteltropfen Lötperlen, Lötzinnspritzer oder Brückenbildung beim Wellenkontakt verursachen. Ein weiterer Parameter, der die Einführung von Flussmitteln auf Wasserbasis erschwert, ist die Tatsache, dass der Wechsel eines Flussmittels in einigen Fällen ein zeitaufwändiger und kostspieliger Prozess sein kann. In der Regel sind dafür Zulassungstests und die Genehmigung der Endkunden erforderlich. Speziell für EMS (Electronic Manufacturing Services = Lohnlöter) kann dies eine Herausforderung sein. Einige Länder haben bereits Gesetze erlassen, die den VOC-Ausstoß von Fabrikschornsteinen begrenzen oder Steuern auf VOC-Emissionen erheben. Dies scheint ein zusätzlicher Anreiz zu sein, auf wasserbasierte Flussmittel umzusteigen. Eine aktuelle Entwicklung zwingt viele Hersteller dazu, sich mit wasserbasierten Flussmitteln zu beschäftigen. Die COVID-Pandemie Anfang 2020 hat die Nachfrage nach Desinfektionsmitteln auf Alkoholbasis plötzlich so stark erhöht, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt so gut wie keine Alkohole mehr auf dem Markt verfügbar waren. Glücklicherweise war die Industrie, die Alkohole herstellt, in der Lage, ihre Mengen gerade noch rechtzeitig hochzufahren, um zu verhindern, dass Elektronikhersteller ohne Flussmittel auskommen mussten, um ihre Lötmaschinen zu betreiben.