Das Reflow-Löten ist ein entscheidender Schritt im SMT-Prozess.Das mit dem Reflow-Löten verbundene Temperaturprofil ist ein wesentlicher zu steuernder Parameter, um eine ordnungsgemäße Verbindung der Teile sicherzustellen.Die Parameter bestimmter Komponenten wirken sich auch direkt auf das für diesen Prozessschritt gewählte Temperaturprofil aus.
Auf einem zweispurigen Förderband durchlaufen Platinen mit neu bestückten Bauteilen die Heiß- und Kaltzonen des Reflow-Ofens.Diese Schritte dienen dazu, das Schmelzen und Abkühlen des Lots zum Füllen der Lötstellen präzise zu steuern.Die mit dem Reflow-Profil verbundenen Haupttemperaturänderungen können in vier Phasen/Regionen unterteilt werden (unten aufgeführt und im Folgenden dargestellt):
1. Aufwärmen
2. Konstante Erwärmung
3. Hohe Temperatur
4. Kühlung
1. Vorwärmzone
Der Zweck der Vorheizzone besteht darin, die Lösungsmittel mit niedrigem Schmelzpunkt in der Lotpaste zu verflüchtigen.Zu den Hauptbestandteilen des Flussmittels in der Lotpaste gehören Harze, Aktivatoren, Viskositätsmodifikatoren und Lösungsmittel.Die Rolle des Lösungsmittels besteht hauptsächlich als Träger für das Harz, mit der zusätzlichen Funktion, eine ausreichende Lagerung der Lotpaste sicherzustellen.In der Vorheizzone muss das Lösungsmittel verflüchtigt werden, der Anstieg der Temperatur muss jedoch kontrolliert werden.Übermäßige Erwärmungsraten können die Komponente thermisch belasten, was zu einer Beschädigung der Komponente oder einer Verringerung ihrer Leistung/Lebensdauer führen kann.Ein weiterer Nebeneffekt einer zu hohen Heizrate ist, dass die Lotpaste kollabieren und Kurzschlüsse verursachen kann.Dies gilt insbesondere für Lotpasten mit hohem Flussmittelanteil.
2. Zone mit konstanter Temperatur
Die Einstellung der Konstanttemperaturzone wird hauptsächlich innerhalb der Parameter des Lotpastenlieferanten und der Wärmekapazität der Leiterplatte gesteuert.Diese Stufe hat zwei Funktionen.Die erste besteht darin, eine gleichmäßige Temperatur für die gesamte Leiterplatte zu erreichen.Dies trägt dazu bei, die Auswirkungen thermischer Spannungen im Reflow-Bereich zu reduzieren und andere Lötfehler wie das Anheben größerer Bauteilvolumina zu begrenzen.Ein weiterer wichtiger Effekt dieser Phase besteht darin, dass das Flussmittel in der Lotpaste aggressiv zu reagieren beginnt und die Benetzbarkeit (und Oberflächenenergie) der Schweißoberfläche erhöht.Dadurch wird sichergestellt, dass das geschmolzene Lot die Lötfläche gut benetzt.Aufgrund der Bedeutung dieses Teils des Prozesses müssen Einweichzeit und -temperatur gut kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass das Flussmittel die Lötflächen vollständig reinigt und dass das Flussmittel nicht vollständig verbraucht wird, bevor es den Reflow-Lötprozess erreicht.Es ist notwendig, das Flussmittel während der Reflow-Phase aufzubewahren, da es den Benetzungsprozess des Lots erleichtert und eine erneute Oxidation der gelöteten Oberfläche verhindert.
3. Hochtemperaturzone:
In der Hochtemperaturzone findet die vollständige Schmelz- und Benetzungsreaktion statt, in der sich die intermetallische Schicht zu bilden beginnt.Nach Erreichen der Maximaltemperatur (über 217 °C) beginnt die Temperatur zu sinken und fällt unter die Rücklaufleitung, woraufhin das Lot erstarrt.Auch dieser Teil des Prozesses muss sorgfältig kontrolliert werden, damit das Teil durch die Temperaturanstiege und -abfälle keinem Thermoschock ausgesetzt wird.Die maximale Temperatur im Reflow-Bereich wird durch die Temperaturbeständigkeit temperaturempfindlicher Bauteile auf der Leiterplatte bestimmt.Die Zeit in der Hochtemperaturzone sollte möglichst kurz sein, um eine gute Verschweißung der Bauteile zu gewährleisten, jedoch nicht so lange, dass die intermetallische Schicht dicker wird.Die ideale Zeit in dieser Zone beträgt normalerweise 30-60 Sekunden.
4. Kühlzone:
Als Teil des gesamten Reflow-Lötprozesses wird die Bedeutung von Kühlzonen oft übersehen.Auch ein guter Kühlprozess spielt eine entscheidende Rolle für das Endergebnis der Schweißung.Eine gute Lötstelle sollte hell und flach sein.Wenn die Kühlwirkung nicht gut ist, treten viele Probleme auf, wie z. B. Bauteilerhebungen, dunkle Lötstellen, unebene Lötstellenoberflächen und eine Verdickung der intermetallischen Verbindungsschicht.Daher muss das Reflow-Löten ein gutes Kühlprofil bieten, weder zu schnell noch zu langsam.Zu langsam und es treten einige der oben genannten Probleme mit der schlechten Kühlung auf.Zu schnelles Abkühlen kann zu einem Thermoschock der Komponenten führen.
Insgesamt ist die Bedeutung des SMT-Reflow-Schritts nicht zu unterschätzen.Für gute Ergebnisse muss der Prozess gut gemanagt werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. Mai 2023