Umfassende Einführung in den Wellenlötprozess

Als PCBA-Unternehmen weiß FS Technology, wie wichtig die präzise Montage von Bauteilen und Löttechniken für die hohe Qualität Ihres Projekts ist. Wir verwenden sowohl SMT als auch THT, um verschiedene Komponententypen zu verarbeiten. Bei diesen beiden Technologien sind das Wellenlöten und Reflow-Löten beteiligt sind. In diesem Artikel werden wir uns auf die WellenlötverfahrenDies ist ein wichtiger Schritt im gesamten THT-Montageprozess. Um diesen Prozess besser zu verstehen, empfehlen wir Ihnen ein YouTube-Video, das diesen Vorgang anschaulich demonstriert.

Was ist Wellenlöten?

Wellenlöten ist ein hocheffizientes Lötverfahren, das von dem deutschen Erfinder Albert Hanson entwickelt wurde, um den Montageprozess von Hunderten von Bauteilen auf einer Leiterplatte (PCB) zu rationalisieren. Bei diesem Verfahren wird die Leiterplatte über ein Förderband über eine Schale mit geschmolzenem Lot geführt. Eine Pumpe, die sich unter dem Förderband befindet, erzeugt eine wellenartige Bewegung des geschmolzenen Lots, die einer Welle ähnelt, die auf die Oberfläche der Leiterplatte prallt. Es ist erwähnenswert, dass das Löten bereits seit der Entdeckung des Zinns praktiziert wird, das nach wie vor ein wichtiger Bestandteil der Lötpaste ist.

Das Konzept einer mehrschichtigen flachen Struktur, bestehend aus einer Isolierschicht und Folienleitern, wurde von Albert Hanson entwickelt. Er führte auch die Idee ein, Löcher in die Platine zu bohren, ähnlich der Technik der Durchsteckmontage, die für die Montage von DIP-Komponenten heute. Infolgedessen begannen die Unternehmen mit der Herstellung von Komponenten in Durchgangslöchern DIP-Gehäuse. Es wurde bequemer, die Lötpaste auf einmal auf die gesamte Platine aufzutragen, anstatt jedes einzelne elektronische Bauteil mit einem Lötkolben zu löten. Dies führte zur Erfindung des Wellenlötens, bei dem die gesamte Platine mit einer Welle aus Lot bestrichen wird.

Moderne Wellenlötmaschinen haben den Lötprozess automatisiert und sorgen für präzise und konsistente Ergebnisse. In den folgenden Abschnitten wird FS Technology ausführlich erklären, wie das Wellenlöten funktioniert.

Prozessschritte beim Wellenlöten

Der Wellenlötprozess besteht aus fünf grundlegenden Schritten: Schmelzen des Lots, Reinigen der Komponenten, Bestücken der Leiterplatte, Löten und Reinigen. Im Folgenden wird FS Technology jeden Schritt detailliert und Schritt für Schritt erklären.

Schritt 1: Schmelzen des Lötzinns

Die Wellenlötmaschine verfügt über einen Lötmittelvorratsbehälter, der je nach Lötmitteltyp und Maschinenmodell präzise gesteuert und auf einer Temperatur von 180 bis 450 °C gehalten wird. Dieser kritische Schritt ist von entscheidender Bedeutung, da er sicherstellt, dass das Lot in seinem optimalen Zustand geschmolzen wird und somit Reinheit und Effektivität gewährleistet sind. Eine genaue Temperaturkontrolle ist von größter Bedeutung, um während des gesamten Lötvorgangs Konsistenz, Glätte und hervorragende Ergebnisse zu erzielen.

Schritt 2: Reinigung der Komponenten

Während dieses entscheidenden Schritts werden die Komponenten, die auf der Leiterplatte platziert werden sollen, einem sorgfältigen Reinigungsprozess unterzogen. Das Reinigungsverfahren beinhaltet eine gründliche Inspektion auf das Vorhandensein von Oxidschichten, die umgehend beseitigt werden müssen. Darüber hinaus werden proaktive Maßnahmen ergriffen, um die Bildung von Oxidschichten gänzlich zu verhindern. Um diesen Reinigungsprozess zu erleichtern und die Benetzung des Lötmittels zu verbessern, wird eine spezielle Chemikalie namens Flussmittel verwendet. PCB-Flussmittel ist eine ausgereifte Mischung aus Basismaterialien und Aktivatoren, die speziell entwickelt wurde, um Oxide von Metalloberflächen zu entfernen und eine hervorragende Lotbenetzung zu fördern.

Schritt 3: Platzierung der PCBA-Platine

In diesem entscheidenden Schritt werden die Komponenten sorgfältig auf der Leiterplatte positioniert und befestigt, um die PCBA für die Integration in die Wellenlötmaschine vorzubereiten. Die bestückten Platinen werden dann sorgfältig in der Maschine platziert, wobei eine präzise Ausrichtung mit dem Förderband im 0°-Winkel sichergestellt wird. Um die Stabilität zu gewährleisten und unbeabsichtigte Bewegungen zu verhindern, ist die Wellenlötmaschine mit stabilen Metallklammern ausgestattet, die speziell dafür entwickelt wurden, die Leiterplatte während des gesamten Lötvorgangs fest in Position zu halten. Dies gewährleistet optimale Lötergebnisse, da die Platine in ihrer Position und Ausrichtung fixiert bleibt.

Schritt 4: Löten

Diese entscheidende Phase ist das Herzstück des Lötprozesses, in der unser Ziel, die Leiterplattenkomponenten effektiv auf die Platine zu löten, erreicht wird. Während das Förderband die Platine stetig vorwärts treibt, nähert sie sich allmählich der Lötpfanne. Um ein optimales Lötergebnis zu erzielen, steuern wir die Geschwindigkeit des Förderbands sorgfältig und sorgen für eine langsame und bedächtige Bewegung, so dass überschüssiges Lot sanft in das Lötbad zurückfließen kann. Dieses bedächtige Tempo fördert eine gründliche Lötabdeckung und stellt sicher, dass sich das Lot vollständig und sicher in den Lötstellen absetzt, was zuverlässige und robuste Verbindungen garantiert.

Schritt 5: Reinigung

Dieser Schritt kann als ein entscheidender Aspekt des Prozesses betrachtet werden, der sich auf die abschließende Reinigung und Veredelung des Produkts konzentriert. Hier wenden wir ein sorgfältiges Reinigungsverfahren an, um sicherzustellen, dass die Leiterplatte frei von jeglichen Flussmittelrückständen ist. Mehrere Lösungsmittel und deionisiertes Wasser werden verwendet, um die Platine gründlich zu waschen und alle verbleibenden Flussmittelreste effektiv zu entfernen. Unter den verschiedenen Lösungsmitteln, die für diese Aufgabe zur Verfügung stehen, wird in der Regel Isopropylalkohol verwendet, da er erschwinglich und ungiftig ist, was ihn im Vergleich zu anderen Lösungsmitteln zur ersten Wahl macht.

Arbeitsprinzip von Wellenlötanlagen

Die Wellenlötmaschine ist ein wesentlicher Bestandteil der Ausrüstung, die für erfolgreiche PCBA-Projekte benötigt wird. Da verschiedene Projekte unterschiedliche Anforderungen haben können, ist es wichtig, die Fähigkeiten des gewählten Gerätes zu beurteilen. PCBA-Unternehmen. Bei der Auswahl eines PCBA-Dienstleisters ist es ratsam, dessen Ausrüstungsportfolio auf der Grundlage der spezifischen Anforderungen Ihres Projekts zu bewerten.

Für Projekte mit SMT-Bestückungist es wichtig, dass Sie die Reflow-Ausrüstung des Dienstleisters berücksichtigen. Achten Sie auf die Anzahl der Temperaturzonen, die in den Reflow-Maschinen zur Verfügung stehen. Wenn Sie mit durchkontaktierten Bauteilen arbeiten, sollten Sie sich unbedingt vergewissern, ob der PCBA-Anbieter eine vollautomatische Montage anbietet.

Flux Sprayer

Ein Sprühflusssystem führt zwei entscheidende Aktionen in der PCB Montageprozess. Erstens trägt es das Flussmittel für das Wellenlöten präzise auf die vorgesehenen Bereiche auf und zielt dabei speziell auf die Löcher der Leiterplatte ab. Zweitens stellt es sicher, dass die genaue Menge an Flussmittel aufgetragen wird. Ein hochwertiges Flussmittelsystem ist so konzipiert, dass es diese beiden Ziele hervorragend erreicht, unabhängig von der Breite, der Dicke oder dem Lochdurchmesser der Leiterplatte.

Das Hauptaugenmerk eines zuverlässigen Flussmittelsystems liegt darauf, sicherzustellen, dass das Flussmittel effektiv in die Löcher der Leiterplatte gelangt. Dieser Schritt ist entscheidend für die richtige Benetzung des Lots und die Gewährleistung starker und zuverlässiger Lötverbindungen während der gesamten Baugruppe.

Vorwärmkissen

Obwohl das Wellenlöten auch ohne Vorheizen möglich ist, dauert der Lötprozess vergleichsweise länger. In The Handbook of Machine Soldering SMT and THT erwähnt Woodgate: "Während einiger experimenteller Arbeiten mit Vorheizen wurde eine Platine mit 12 ft. pro Minute gelötet, wobei die normale Vorheizung angewendet wurde. Ohne Vorheizen konnte sie nicht schneller als 2,5 ft. pro Minute gelötet werden." FS Technology ist sich der Bedeutung des Vorheizens im Wellenlötprozess bewusst und möchte Ihnen vier überzeugende Gründe nennen, warum Vorheizen unerlässlich ist:

  • Erhöhte Flussaktivität: Das Vorwärmen erleichtert das Verdampfen der Lösungsmittelkomponente im Flussmittel. Diese kontrollierte Wärmezufuhr erhöht die Aktivität des Flussmittels, sorgt für eine optimale Benetzung des Lots und fördert eine zuverlässige Lötstellenbildung.
  • Verhinderung der Bildung von Lötkugeln: Durch das Trocknen des Flussmittels durch Vorheizen wird die Bildung von Lotkugeln effektiv minimiert. Lötkugeln können Defekte verursachen und zu Kurzschluss auf der Leiterplatte wenn sie während des Wellenlötprozesses vorhanden sind. Durch das Vorheizen wird verhindert, dass diese Lotkugeln beim Auftreffen auf die Lötwellen ausspucken, was zu einem saubereren und zuverlässigeren Lötergebnis führt.
  • Thermische Aufprallkontrolle: Das Vorheizen spielt eine entscheidende Rolle bei der Minimierung der thermischen Auswirkungen des Wellenlötprozesses auf die Leiterplatte. Durch die allmähliche Erhöhung der Leiterplattentemperatur vor dem Eintritt in die Lötwelle hilft das Vorheizen, das Risiko von Verzug und anderen potenziellen Fehlern, die durch plötzliche Temperaturschwankungen entstehen können, zu kontrollieren. 
  • Erleichterung des DIP-Lötens: Ein weiterer entscheidender Vorteil des Vorheizens ist die Erwärmung der Komponenten, Platinen und Anschlüsse, die ein schnelleres und reibungsloseres Löten von DIP-Komponenten ermöglicht. Durch angemessenes Vorheizen der Baugruppe wird die Temperatur gleichmäßig verteilt, was einen effizienten und zuverlässigen Lotfluss während des Wellenlötprozesses ermöglicht.

Pumpe

Die Linearmotorpumpe in unserem Wellenlötgerät verfügt über mehrere Pumpkanäle, die parallel und in Abständen angeordnet sind. Um eine optimale Leistung zu gewährleisten, verfügt unsere Pumpe über einen Stator mit zahlreichen Segmenten, so dass jeder Station ein eigener Pumpkanal zugewiesen werden kann. Dieses Design gewährleistet eine gleichmäßige Pumpleistung und eine konsistente Verteilung des Pumpendrucks über einen großen Bereich, was zu einer homogenen Lötwelle führt.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Pumpensystems ist die Erzielung einer stabilen und kontrollierten Lötwelle. Durch die Positionierung der Pumpkanäle und das innovative Design des Stators wird das Auftreten von chaotischen Wirbeln des Lots praktisch eliminiert. Diese präzise Konfiguration und Ausrichtung der Pumpkanäle trägt zur Erzeugung einer gleichmäßigen und kontrollierten Lötwelle bei und verbessert die Qualität und Zuverlässigkeit des Lötprozesses.

Vor- und Nachteile des Wellenlötens

Vorteile

  • Die Wellenlöttechnik ist sehr gut geeignet für hochwertige bleifreie PCB-Bestückung Anforderungen, die sicherstellen RoHS-Konformität bei gleichzeitiger Verbesserung der Produktionseffizienz.
  • Beim Selektivlöten müssen die Bereiche der Leiterplatte, die nicht gelötet werden müssen, nicht maskiert werden, was Zeit im Lötprozess spart.
  • Wellenlöten bietet in der Regel Kostenvorteile im Vergleich zu anderen Lötverfahren.
  • Die fortschrittliche Ausrüstung ermöglicht die Anpassung der Parameter für präzise Ergebnisse.
  • Schrittmotor-angetriebenes Sprühen, einstellbares Zinn-Sprühmund-Design, automatisches Positionierungssprühen und Zinnsprühen, 25% weniger Strom und Hilfsmaterialverbrauch im Vergleich zum Vorjahr.
  • Geschlossener Regelkreis für das Transportsystem, präzise Vorwärmung und Schweißzeitkontrolle.
  • In der Nähe des Scheitelpunkts einer Flachwelle oxidiert nur sehr wenig Zinnkrätze, und eine bucklige, laminare Fließwelle führt in der Regel zu einwandfreien Lötstellen.

Benachteiligungen

SMD-Komponenten sind mit einer hohen Stiftdichte ausgestattet, was kompaktere und effizientere Leiterplattenlayouts ermöglicht. Das Wellenlöten hingegen eignet sich besser für durchkontaktierte Bauteile mit größeren Leiterbahnabständen, was es schwierig macht, zuverlässige Lötverbindungen mit SMD-Bauteilen herzustellen.

Viele SMD-Komponenten, insbesondere temperaturempfindliche ICs, können beschädigt werden, wenn sie während des Wellenlötprozesses hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Die durch das geschmolzene Lot erzeugte Hitze kann die spezifizierten Temperaturgrenzen des Bauteils überschreiten, was zu potenziellen Funktionsproblemen oder sogar dauerhaften Schäden führen kann.

Da der Trend zur Miniaturisierung anhält, schrumpft die Größe der in elektronischen Geräten verwendeten Komponenten. Dadurch wird die Dominanz von SMT in der Elektronikindustrie weiter gestärkt. Aufgrund der geringeren Größe und der hohen Stiftdichte von SMD-Bauteilen wird der Automatisierungsprozess praktikabler und effizienter. Umgekehrt ist das Wellenlöten für diese kleineren Komponenten oft unpraktisch, was zu begrenzten Investitionen der PCBA-Unternehmen führt.

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