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3. Reflowlöten (Dampfphasenlöten)

Das Dampfphasenlöten ist eine Sonderform des Reflowlötens, bei dem die Wärmeübertragung durch Kondensation einer verdampften Flüssigkeit auf der Baugruppe erfolgt. Neben der konstanten Temperatur, mit der eine Überhitzung von empfindlichen Bauteilen sicher verhindert werden kann, herrscht in der Dampfphase praktisch eine sauerstofffreie Atmosphäre, was die Oxidation der Lotpaste deutlich reduziert und die Benetzung der Oberflächen beim Löten verbessert.

Durch das Verfahren steht für den Lötprozess eine sehr große Wärmekapazität zur Verfügung, was zur Folge hat, dass die Nebenwirkungen von schlechten Anschlussflächendimensionierungen sich in der Dampfphase noch deutlicher auswirken können als beim Konvektionsreflowlöten, wo die Wärmeübertragung in der Regel langsamer erfolgt. Das Tombstoning-Risiko z.B. ist in der Dampfphase deutlich höher und Dimensionierungsfehler treten insbesondere bei kleinen zweipoligen Bauteilen wie G0402 und G0201 noch deutlicher zutage.

4. Selektivlöten

Das Selektivlöten ist eine Sonderform des Wellenlötens und kommt als Ergänzung für die Lötung von bedrahteten Bauteilen zunehmend zum Einsatz, weil ein großer Teil des heutigen Bauteilspektrums mit herkömmlicher Lötwelle nicht mehr gelötet werden kann. In der Regel ist dann Selektivlöten der dritte Lötprozess für bedrahtete Bauteile, nachdem die SMD-Bauteile auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte bereits im Reflowverfahren gelötet wurden.

Das Selektivlöten muss! unbedingt bereits in der Designphase eingeplant und berücksichtigt werden, weil bei diesem Verfahren spezielle Anforderungen hinsichtlich der Abstände zu benachbarten SMD-Bauteilen einzuhalten sind, die oft abhängig sind von den für den Prozess verwendeten Anlagen und Lötdüsen (z.B. 5 bis 8 mm je nach Anlage/Lötdüse). Weiterhin ist insbesondere beim bleifreien Selektivlöten, ähnlich wie beim Handlöten, die schwierige Wärmedynamik der bleifreien Selektivlötstelle zu berücksichtigen. Die Anforderung ist hier, ebenso wie beim Hand- und Wellenlöten, in der durchkontaktierten Bohrung den nach IPC-A-610 geforderten Durchstieg von 75% zu erreichen.

Um dieses Ziel zu erreichen sind designseitig die folgenden Regeln zu beachten:

• Anschlussflächen (Restringe) auf der Unterseite (Lotquellseite) sollten für einen guten Wärmeeintrag möglichst vergrößert werden,

• Anschlußflächen (Restringe) auf der Oberseite (Lotzielseite) sollten für eine geringe Wärmeableitung möglichst verkleinert werden,

• Innenlagenanbindungen müssen!!! für geringe Wärmableitung als Wärmefallen ausgeführt werden.

5. Handlöten

Bis auf die Abstandsanforderungen zu benachbarten Bauteilen gelten die Anforderungen für das Selektivlöten in gleicher Weise, wenn bedrahtete Bauteile nachträglich per Hand eingelötet werden sollen. Beim Handlöten ist besonders kritisch ein ausreichend großer Restring auf der Lotquellseite, also dort, wo die Lötspitze die Anschlussfläche kontaktiert, damit ein ausreichender Wärmeübergang möglich ist.

In bleifreien Lötprozessen ist selbst dadurch oft kein ausreichender Wärmeeintrag zu erreichen und es ist (insbesondere bei Bauteilen mit großer thermischer Masse) erforderlich, den Lötprozess durch Infrarotvorheizung oder Heißluft zu unterstützen.

Bleihaltige und bleifreie Lote

Erste Untersuchungen nach der Umstellung auf bleifreie Lötprozesse zeigten, dass sich die Anforderungen an Anschlussflächen für SMD-Bauteile nicht grundsätzlich ändern, wenn bleifrei gelötet wird.

Es findet aber eine allgemeine Verschiebung der Prozesse an die Grenzen der Belastbarkeit von Materialien und von Prozesstoleranzen statt, die es erforderlich macht, alle Einflussfaktoren in ihrer Wirkung genauer zu betrachten, um durch optimale Designs der Verengung von Prozessfenstern möglichst entgegenzuwirken.

Bei der Beschreibung des Selektivlötens wurde bereits deutlich, wie eine Verbesserung des Durchstiegsverhaltens im Selektiv- und Handlötprozess durch angepasste Anschlussflächen auf der Lotquell- und Lotzielseite sowie auf den Innenlagen erreicht werden kann.

Die in Europa in der Regel verwendeten bleifreien Lote (SAC/SC) haben bekanntlich einen deutlich höheren Schmelzpunkt und eine schlechtere Benetzungsfähigkeit, was eine andere Profilierung beim Löten erfordert und höhere Anforderungen an die Flussmittel stellt. Dadurch wird der Lötprozess insgesamt deutlich kritischer und fehleranfälliger. Ebenfalls werden höhere Anforderungen an die Leiterplatten- und Bauteiloberflächen gestellt, an den Lötstopplack und in Verbindung mit den ständig kleiner werdenden Bauteilen auch an die Präzision der Pastendruck- und Bestückprozesse. In diesem Zusammenhang wachsen ebenso die Anforderungen an die Genauigkeit und die Prozesskompatibilität der Anschlussflächen auf den Leiterplatten.

Auf diese Zusammenhänge soll anhand einer Reihe von Fehlerbildern, insbesondere in Verbindung mit den Lötprozessen von SMD-Bauteilen, die durch optimierte Anschlussflächen beseitigt oder entschärft werden können, im Teil 2, der Fortsetzung dieses Artikels, eingegangen werden.

* * Rainer Taube ist Geschäftsführer des Baugruppenproduzenten TAUBE ELECTRONIC in Berlin und Vorstandsmitglied des Fachverbands FED.

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