Vorurteile gegen das Wellenlöten sind meist das Ergebnis der komplexen Prozessführung

»Die Welle ist noch lange nicht tot!«

Mit der neuen Stickstoff-Wellenlötanlage »Powerflow e N2« bricht Ersa eine Lanze für das Wellenlöten und räumt dabei auch gleich mit ein paar gängigen Vorurteilen gegen diese Löttechnologie auf.

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Jürgen Friedrich, Ersa: »Wellenlöten ist immer dann sinnvoll, wenn die Baugruppen einen hohen Anteil an THT-Bauteilen aufweisen und idealerweise eine evtl. vorhandene SMD-Bestückung nur auf der Oberseite vorliegt.«

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Jürgen Friedrich, Ersa: »Wellenlöten ist immer dann sinnvoll, wenn die Baugruppen einen hohen Anteil an THT-Bauteilen aufweisen und idealerweise eine evtl. vorhandene SMD-Bestückung nur auf der Oberseite vorliegt.«

Obwohl die »Experten« mit der Entwicklung der SMD-Bauteile vor 30 Jahren den bedrahteten THT-Komponenten ein schnelles Ende vorhersagten, sind sie nach wie vor ein fester Bestandteil in der Elektronikfertigung. Und damit ist auch die Welle entgegen aller Unkenrufe »noch lange nicht tot«, betont Jürgen Friedrich, Leiter Anwendungstechnik von Ersa. Allerdings sind die Lötprozesse nicht ganz so einfach zu beherrschen, wie beim Reflowlöten. Das hat im Laufe der Jahre zu einigen Vorurteilen geführt:

So ein Vorurteil besagt zum Beispiel, das Wellenlöten - ob verbleit oder bleifrei, bringe immer die Gefahr von Lötbrücken an kritischen Stellen mit sich. Das könne auch ein gutes Design nicht völlig ausschließen. Wie sieht das der Maschinenbauer? »Die Parameter, die die Lötbrückenbildung beeinflussen, liegen sowohl im Design der Baugruppe als auch in der Prozessführung der Wellenlötanlage«, erklärt Friedrich. Im Design der Baugruppe sind es die Orientierung der Bauteile, die Größe der Lötpads und deren Abstand, die Länge der Bauteilanschlussbeinchen bei bedrahteten Bauteilen, sowie die Metallisierung der lötbaren Oberflächen. In der Prozessführung heißen die Einfluss nehmenden Parameter: Lotlegierung, das Flussmittel und die auf aufgetragene Menge, die Vorheiztemperatur, die Benetzungszeit in der Lötwelle sowie die Atmosphäre im Lötmodul. Aus der Auflistung dieser Einflussparameter ist schnell ersichtlich, dass die Wechselwirkungen die zu einer Lötbrückenbildung führen können, sehr komplex sind, da jeder Parameter für sich die Qualität beeinflussen kann, wie Friedrich schildert: »Wenn sich Lötbrücken, nach Ausschöpfen aller Möglichkeiten und einer optimal eingestellten Lötanlage, nicht vermeiden lassen, liegt die Ursache in der Regel im Design der Leiterplatte.« Kommen z.B. Bauteile mit einem sehr kleinen Rastermaßen zum Einsatz, dann liegen die Lötpads evtl. so eng aneinander, dass sich durch die hohen Benetzungskräfte, die durch die Pin- und Padoberflächenflächen vorgegeben sind, das Lot nicht mehr separat von den Lötstellen trennt. »Die Oberflächenspannung des Lotes in Kombination mit den hohen Benetzungskräften führt dann unweigerlich zu einer Brückenbildung, da die Gewichtskraft des Lotes, als einzig nach unten wirkende Kraftkomponente, nicht ausreicht um das Lot von den Lötstellen abzuziehen - ganz nach dem Motto „der Stärkere gewinnt“ und der Stärkere ist in diesem Fall die Leiterplatte.«

Die Ursachen können aber auch ganz trivialer Natur sein: Ab und zu werden an den Lötanlagen falsche Lötprogramme aktiviert. Wird eine Baugruppe dann mit falschen Lötparametern verarbeitet, so dass z.B. zu wenig Flussmittel aufgetragen wird, die Vorheiztemperatur zu gering ist oder die Benetzungszeit nicht ausreicht, kann das zu Lötbrücken führen, auch wenn das Design der Baugruppe an sich in Ordnung ist.

»Um die Ursachen für eine Lötbrückenbildung nachhaltig zu eliminieren, ist umfassendes Prozesswissen erforderlich. Ändert der Anwender unkoordiniert Prozessparameter, kann das unter Umständen sogar zu einer Verschlechterung der Qualität führen, wenn der Anwender die Zusammenhänge und Wechselwirkungen nicht versteht«, gibt Friedrich zu bedenken.

1. Teil: »Die Welle ist noch lange nicht tot!«
2. Teil: Prozessfenster ändern sich beim bleifrei Löten deutlich
3. Teil: Hohe Anforderungen an die Wellenlötanlage
4. Teil: Ideal für THT und bedingt geeignet für die gemischte Bestückung
5. Teil: »Wellenlöten ist ein kostengünstiger Prozess«

Weiterführende Links:

• Ersa macht bewährte Technologie auch für das untere Preissegment zugänglich: Selektivlöten in der Zellfertigung
• Fehler im Layout "rächen" sich: Leistungselektronik–Baugruppen stellen hohe Ansprüche beim Löten
• Geschäftsklimaumfrage: VDMA Elektronik-Fertigungsgeräte: Nullrunde 2012?