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Gegen Lotverlust und Oxidation

In der modernen Elektronikfertigung wird nicht mit Lötkolben, sondern mittels Wellen-, Reflow- und Selektiv-Lötanlagen gefertigt. Dort trägt Stickstoff dazu bei, die Qualität der Lötverbindungen zu sichern und die Kosten zu senken.

Man kann die Elektronik als das eigentliche Fundament unserer technologischen Zivilisation bezeichnen. Smartphones und Computer, Autos und Maschinen, selbst Küchen- und Haushaltsgeräte funktionieren heute nur noch mit elektronischen Steuersignalen. Die Hardware, aus der diese kommen, sind die Flachbaugruppen, umgangssprachlich Leiterplatten, die heutzutage millionenfach produziert werden. „Die Anschlussbeinchen der kleinsten Bauteile im Fine Pitch-Bereich haben einen Abstand von weniger als 0,25 Millimeter voneinander“, sagt Jens Tauchmann, Anwendungsexperte für Löttechnologien bei Messer. „Bei diesen extrem kleinen Dimensionen werden genau definierte, fehlerfreie Lötverbindungen gebraucht. Eine Stickstoffatmosphäre kann wesentlich dazu beitragen, Lötfehler zu vermeiden.“

Bauteile wie Trafos, größere Widerstände und Kondensatoren werden auf die Oberseite der Leiterplatte aufgebracht, ihre Kontaktdrähte stecken in Bohrungen und werden auf der Unterseite durch Wellenlöten verbunden: Die Plattenunterseite wird über eine Welle aus flüssigem Lot geführt, das Metall bleibt an den Kontakten haften. „Bei normaler Luftatmosphäre wird das Lot ständig oxidiert“, erläutert Jens Tauchmann. „Die Oxide, in der Fachsprache Krätze genannt, müssen durch frisches Lotmaterial ersetzt werden.“ Beim Selektiv-Löten wird nur ein Teil der Leiterplatte der Lotwelle ausgesetzt.

Der Experte führt das Beispiel eines großen asiatischen Elektronikherstellers an. Dort haben seine Kollegen nach gründlicher Analyse der Wellenlötanlage eine Optimierung durch Stickstoffeinsatz ausgearbeitet. Mit der Umstellung auf die inerte Atmosphäre sank der Lotverbrauch signifikant, ebenso wie der Aufwand für Wartung und Nacharbeit – und somit die Kosten. Der Aufwand für Stickstoff rechnet sich also in jedem Fall. Der Kunde erzielt darüber hinaus noch eine deutliche Kosteneinsparung.

Während der Stickstoff beim Wellenlöten vor allem Geld spart, steht beim Reflow-Verfahren (Wiederaufschmelzlöten) die Qualitätssteigerung im Vordergrund.Reflow wird für die kleineren, intelligenten Bauteile wie Mikrochips genutzt. Ihre feinen Kontakte werden auf der Oberfläche der Leiterplatte mit den ebenfalls sehr feinen Anschlüssen verlötet. Das Lot wird hier als Paste – eine Mischung aus mikroskopisch kleinen Metallkugeln und Flussmittel – auf die Platte aufgebracht. Die Bauteile werden von Robotern in diese klebrige Masse gedrückt. Im Reflow-Ofen wird die bestückte Platte erhitzt, bis der Metallanteil der Lotpaste schmilzt und die Flussmittel verdampfen.

„Der Einsatz von Stickstoff hat eine Reihe von Vorteilen, die sich positiv auf die Qualität der Reflow-Lötverbindungen auswirken“, erläutert Jens Tauchmann. „Mit der inerten Atmosphäre verhindere ich die Oxidation und kann auf aggressive Säuren verzichten, die ich sonst einsetzen müsste. Außerdem senkt der Stickstoff die Oberflächenspannung des Lots herab und lässt es besser fließen. So erreicht man eine gleichbleibend hohe Qualität der Lötstellen und eine sehr niedrige Fehlerrate. In der Automobilindustrie darf sie zum Beispiel 20 dpmo (defects per million opportunities) nicht überschreiten. Je höher die Anforderungen an die Elektronik, desto eindeutiger sind die Vorteile der inerten Atmosphäre.“

Autor: Redaktion