Neue Serie zur Fertigungstechnik Löten: Dampfphase oder doch besser Reflow?

Autor / Redakteur: Dr. Christoph Budelmann * / Kristin Rinortner

Lötverfahren gibt es viele. Das Konvektionslöten hat heute als Standardverfahren das Kondensationslöten verdrängt. Entwickler sollten das Kondensationslöten trotzdem als mögliche Alternative im Kopf behalten.

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Lötverfahren: Konvektionslöten ist heute das vorherrschende Lötverfahren – für technisch anspruchsvolle Baugruppen lohnt aber auch ein Blick auf die Vorteile des Kondensationslötens.
Lötverfahren: Konvektionslöten ist heute das vorherrschende Lötverfahren – für technisch anspruchsvolle Baugruppen lohnt aber auch ein Blick auf die Vorteile des Kondensationslötens.
(Bild: Marcel Kroener / Budelmann Elektronik)

Die Lötergebnisse können sich sehen lassen: Keine Abschattungseffekte und eine ausgezeichnete Wärmeübertragung. Die Dampfphase ist technisch gesehen eine wirklich gute Erfindung. Ein Pro­blem aber bleibt: Die Inline-Fähigkeit ist im Vergleich zum Reflow-Löten bei hohem Durchsatz schwieriger zu realisieren. Welches Verfahren lohnt sich also für welchen Anwendungszweck?

Vom Zwei-Phasen-Löten mit FCKW…

Das Kondensationslöten, auch Dampfphasenlöten oder Vapor Phase Soldering, war lange Zeit das Standard-Lötverfahren für SMD-Baugruppen. Das Prinzip ist simpel: Die Baugruppe wird in heißen Dampf abgesenkt, der aufgrund seiner höheren Dichte am Boden der Lötanlage bleibt.

An der Baugruppe kondensiert der Dampf und gibt seine Energie ab. Die Oberflächenspannung der Flüssigkeitsfilms und seine vorhandenen Kapillarkräfte verdrängen dabei die Luft vollständig vom Lötgut. Das vermeidet eine Oxidation der Lötstellen. Da die Dampftemperatur nicht über die Siedetemperatur des Mediums steigen kann, ist eine Überhitzung der Baugruppen physikalisch ausgeschlossen. Beachtet werden müssen aber die Temperaturgradienten.

Das vorläufige Ende des Kondensations­lötens kam in den 1990er Jahren mit dem Verbot von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW). Diese waren über der primären Dampfdecke eingesetzt worden, um Verluste des darunter liegenden teuren Dampfmediums zu vermeiden.

Mit dem Verbot dieser Zweiphasen-Kondensationsanlagen begann der Siegeszug des Konvektionslötens, auch als Reflow Soldering bezeichnet.

… zum Reflow-Löten ohne Einsatz von FCKW

In Konvektionslötanlagen kommt als Wärmeübertragungsmedium üblicherweise Luft zum Einsatz. Um eine in-situ-Oxidation der Lötstellen zu vermeiden, wird oftmals Stickstoff als Wärmeübertragungsmedium eingesetzt.

Komplexe Baugruppen, auf denen sehr massereiche Bauteile neben Halbleitern und anderen temperaturempfindlichen Bauteilen sitzen, können beim Konvektionslöten aber Probleme bereiten: Durch Abschattungseffekte und die begrenzte Wärmekapazität von Luft ist eine gleichmäßige Erwärmung der Baugruppen oftmals problematisch.

Hier spielen moderne Kondensationslötanlagen, die inzwischen ohne FCKW auskommen, ihren physikalischen Vorteil aus. Prozessbedingt sind diese Anlagen aber nicht wirklich inline-fähig. Durch Inline-Anlagen, die das Lötgut zunächst sammeln und dann nach dem gemeinsamen Löten wieder vereinzeln, kann aber ein Quasi-In­line-Betrieb erfolgen.

Häufig geben Bauteilhersteller für ihre Bauteile zwar Temperaturprofile für das Konvektionslöten an, die Bauteile sind aber für das Kondensationslöten nicht qualifiziert. Hier ist dann Erfahrung notwendig, um eine Beschädigung des Bauteils zu vermeiden.

Zum Schluss ein kurzes Fazit: Auch wenn das Konvektionslöten wahrscheinlich der Standard in der Elektronikfertigung bleiben wird, sollten Entwickler das Kondensationslöten als mögliche Alternative im Kopf behalten. Sobald sehr massereiche Baugruppen zu löten sind oder einzelne Bauteile höher sind als die Maximalhöhe der Konvektionsöfen, ist das Kondensationslöten eine sinnvolle Alternative.

* Dr. Christoph Budelmann ist Geschäftsführer bei Budelmann Elektronik in Münster und Lehrbeauftragter für industrielle Elektronikfertigung an der Hochschule Rhein-Waal.

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