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Basismaterial für die Bauteilverdrahtung

Lotpaste ≠ Lotpaste

12. Januar 2017, 14:49 Uhr | Von Surge Tuerlings

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Genauere Betrachtung von Reflow-Profilen

Wie bereits erwähnt, wird die Verbindung zwischen Leiterplatten-Pad und Bauelement durch das kontrollierte Aufschmelzen der Lotpaste hergestellt. Und natürlich muss die Lot-Legierung auch wieder kontrolliert abgekühlt werden. Diese kontrollierte Temperaturführung nennt man ein Reflow-Profil. Dies ist eine Korrelation zwischen Temperaturgradienten über der Zeit. Jede Legierung hat ihr eigenes Profil und auch jede Lotpaste hat ein ganz bestimmtes Profil, das eingehalten werden muss.

Noch wichtiger ist jedoch, dass auch jede elektronische Baugruppe ihr eigenes, speziell abgestimmtes Profil erfordert. Es versteht sich von selbst, dass eine Leiterplatte für ein Mobiltelefon ein anderes Profil erfordert als das Mainboard des Home Computer. Eine weitere Variable bzw. Größe stellt der Reflow-Ofen selbst dar, bei dem Faktoren wie die Anzahl der Prozesszonen, verwendete Atmosphäre (Stickstoff oder Luft) und Leistung eine wichtige Rolle spielen.

In jedem Falle sollte die in Frage kommende Lotpaste im Hinblick auf mögliche Reflow-Profile ein großes Prozessfenster aufweisen. Die hierbei gewünschten Anforderungen werden jedem verständlich, wenn man sich das Reflow-Profil genauer betrachtet. Letzteres besteht aus drei getrennten Zonen.

Zone 1: Aufheizen/Vorwärmen

In dieser Zone wird die gesamte Baugruppe langsam erwärmt. Hier müssen die Vorgaben der Pastenhersteller in Bezug auf die maximale Erwärmungsrate (K/min) beachtet werden. Während dieser Erwärmungsphase reinigt der Flussmittelanteil der Lotpaste die Kontaktstellen auf der Leiterplatte und am Bauelement. Wenn die Baugruppe zu schnell erwärmt wird, hat das Flussmittel für die Durchführung dieser Aufgabe nicht genügend Zeit. Ist die Erwärmung hingegen zu langsam, so ist das Flussmittel bereits „verbraucht“.

Zone 2: Pre-Reflow
(Aktivieren/Durchwärmen)

In dieser Phase wird die Temperatur der Baugruppe stabilisiert (gehalten) oder langsam erhöht (Anstieg zur Spitze). Dabei wird eine weitere Aktivierung des Flussmittels erreicht, die zur besseren Benetzung der Kontaktfläche mit der Lotpaste beiträgt. In dieser Zone verdampft ein Großteil des Flussmittels. Das dabei vorherrschende Temperatur-Zeit-Verhältnis hat massiven Einfluss auf die Bildung von Blasen bzw. Lunkern in der Lötstelle (Voids) sowie auf das Entstehen von Rückständen.

Zone 3: Reflow
(Aufschmelzen/Abkühlen)

In diesem Abschnitt wird die Lotpaste bis über die Liquidus-Temperatur (Schmelzpunkt, alle Legierungsbestandteile sind flüssig) hinaus erwärmt und für eine bestimmte Zeit oberhalb dieser gehalten. Nach Erreichen der Peak-Temperatur wird die Baugruppe allmählich bis unter den unteren Punkt des Schmelzbereichs (Solidus) heruntergekühlt. Dadurch erhärtet die Lotpaste wieder und die Lötstelle ist ausgebildet. Die Verweildauer in der Reflow-Zone und die Höhe der Peak-Temperatur wirken sich direkt auf die Qualität der Lötstelle aus. Nach Erreichen der Solidus-Temperatur wird die Baugruppe dann weiter bis auf Temperaturen herabgekühlt, bis sie manuell gehandhabt werden kann.