Wellenlötverfahren für die DIP-Bestückung

Das Wellenlöten ist ein von Albert Hanson (deutscher Erfinder) eingeführtes Verfahren zum Löten von Hunderten von Bauteilen auf einer Leiterplatte in kürzester Zeit. Bei diesem Verfahren wird die Leiterplatte (PCB) über eine Schale mit geschmolzener Lava durch ein Förderband geführt. Eine Pumpe, die unter dem Förderband angebracht ist, leitet das (geschmolzene) Lot so auf die Leiterplatte, dass eine Welle auf die Oberfläche der Leiterplatte trifft. Das PCBA-Löten entstand unmittelbar nach der Entdeckung des Zinns, das immer noch ein wichtiger Bestandteil der Lötpaste ist.

Das Konzept einer flachen Leiterplatte mit mehreren Schichten, einschließlich einer Isolierschicht und einer Leiterfolie, wurde von dem deutschen Erfinder Albert Hanson eingeführt. Außerdem hatte er die Idee, Löcher in die Platine zu bohren, was fast die gleiche Leiterplatte ist DIP Montage Technik, die heute für die Montage von Bauteilen in Durchgangslöchern verwendet wird. Danach begannen die Unternehmen, Bauteile in DIP-Gehäusen mit Durchgangslöchern zu produzieren. Es war also einfacher, die gesamte Platine auf einmal mit Lötpaste zu bestreichen, als jedes einzelne elektronische Bauteil mit einem Lötkolben zu löten. Infolgedessen wurde das Wellenlöten erfunden, bei dem die gesamte Platine über ein Lot geführt wird.

Heutzutage führen Wellenlötmaschinen die Kunst des automatischen Lötens von Bauteilen aus. Im Folgenden wird FS Technology im Detail erklären, wie das Wellenlöten funktioniert.

Wie funktioniert das Wellenlöten?

Der Wellenlötprozess im gesamten DIP-Bestückungsprozess umfasst 5 Schritte: Aufschmelzen des Lots, Reinigung der Bauteile, Bestücken der Leiterplatte, Löten, Reinigung. Im Folgenden werden wir jeden Schritt erklären.

Schritt 1: Schmelzen des Lötzinns

Die Wellenlötmaschine verfügt über einen mit Lötzinn gefüllten Behälter, der je nach Art des Lötzinns und des Modells der Lötmaschine auf eine Temperatur von 180 bis 450 °C erhitzt wird. Dies ist der wichtigste Schritt von allen, denn das Lot soll in seiner reinsten Form geschmolzen werden. Die Präzision der Temperatur ist für diese Aufgabe sehr wichtig. Sie sorgt letztlich für einen gleichmäßigen und reibungslosen Ablauf des Prozesses und für bessere Ergebnisse.

Schritt 2: Reinigung der Komponenten

In diesem Schritt werden die Bauteile, die auf der Leiterplatte platziert werden sollen, einer gründlichen Reinigung unterzogen. Bei der Reinigung müssen Sie prüfen, ob Oxidschichten vorhanden sind. Wenn ja, dann müssen Sie diese zuerst reinigen. Außerdem wäre es von Vorteil, die Bildung von Oxidschichten zu verhindern. Die für die Reinigung der Bauteile verwendete Chemikalie wird als Flussmittel bezeichnet. PCB-Flussmittel ist eigentlich ein Gemisch aus Basismaterial und einem Aktivator, das zur besseren Benetzung des Lots durch Entfernung von Oxiden aus dem Metall dient.

Schritt 3: Platzierung der PCBA-Platine

In diesem Schritt platzieren wir die Bauteile auf der Leiterplatte und machen die Leiterplatte bereit für das Einlegen in die Wellenlötmaschine. Dann legen wir die bestückten Platinen in die Maschine und achten darauf, dass die Platine genau im 0°-Winkel am Förderband befestigt wird. Dafür stehen in der Wellenlötmaschine Metallklammern zur Verfügung, die die Leiterplatte festhalten und sie kein bisschen verrutschen lassen.

Schritt 4: Löten

Dies ist der wichtigste Schritt des Prozesses, bei dem wir unser Ziel, das Löten der PCB-Komponenten auf der Leiterplatte. Hier bewegt sich die Platine also mit dem Förderband und nähert sich schließlich der Lötpfanne. Hier achten wir darauf, dass die Geschwindigkeit des Förderbandes niedrig ist, damit das überschüssige Lot zurück in das Lötbad fließt. Wir sorgen dafür, dass sich das Lot vollständig in den Lötstellen absetzt.

Schritt 5: Reinigung

Wir können es als kosmetischen Schritt des Prozesses bezeichnen, bei dem wir das Produkt reinigen. In diesem Schritt wird die Leiterplatte mit mehreren Lösungsmitteln und entionisiertem Wasser gewaschen, um die verbleibenden Flussmittelrückstände zu entfernen. Das gebräuchlichste Lösungsmittel für die Entfernung von Flussmittelrückständen ist Isopropylalkohol, da es im Vergleich zu anderen Lösungsmitteln, die für dieselbe Aufgabe zur Verfügung stehen, billig und ungiftig ist.

Wie funktioniert die Wellenlötmaschine?

Eine Wellenlötmaschine ist ein notwendiges Gerät zur Herstellung von Durchgangslöchern PCB-Montage. Aufgrund der unterschiedlichen Ausrüstung, die verwendet wird, sind die Fertigungskapazitäten der PCBA-Hersteller sehr unterschiedlich, und die Prüfung ihrer Ausrüstung ist auch notwendig, wenn Sie Dienstleister auswählen. Zum Beispiel, wenn Ihr Projekt Folgendes erfordert SMT-BestückungWenn Sie eine Reflow-Lötanlage benötigen, müssen Sie darauf achten, über wie viele Temperaturzonen die Reflow-Lötanlage des Dienstleisters verfügt. Wenn Sie Dienstleistungen für die DIP-Bestückung benötigen, sollten Sie vor allem darauf achten, ob der Dienstleister eine vollautomatische Bestückung durchführen kann und ob die Wellenlötanlage für die Massenproduktion geeignet ist.

Flux Sprayer:

Es gibt nur zwei Aktionen, die ein Sprühflussmittel-System durchführt. Erstens bringt es Wellenlötflussmittel dorthin, wo es hingehört, nämlich in die plattierten Löcher der Leiterplatte. Und zweitens, die richtige Menge Flussmittel dorthin zu bringen. Jede Komponente eines hochwertigen Flussmittelsystems sollte auf die Erreichung dieser beiden Ziele ausgerichtet sein. Unabhängig von der Breite, der Dicke oder dem Lochdurchmesser Ihrer Leiterplatte bringt ein richtig konzipiertes Flussmittelsystem das Flussmittel in die plattierten Löcher Ihrer Leiterplatte.

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 Fuß 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 nennt hier vier Gründe, warum das Wellenlöten vorgeheizt werden muss:

Die Lösungsmittelkomponente des Flussmittels wird mit Hilfe eines Vorwärmers durch Wärme verdampft, um die Aktivität des Flussmittels zu erhöhen.
Verhindern Sie die Bildung von Lötkugeln, indem Sie das Flussmittel trocknen, da es sonst beim Auftreffen auf Lötwellen ausspuckt.
Minimieren Sie die thermischen Auswirkungen des Wellenlötens auf die Leiterplatte und kontrollieren Sie so den Verzug und andere Fehler, die durch den plötzlichen Temperaturanstieg verursacht werden.
Der letzte und wichtigste Grund ist die Erwärmung der Bauteile, Platinen und des restlichen Steckverbinders, damit das DIP-Löten schneller und reibungsloser vonstatten gehen kann.

Pumpe:

Die Linearmotorpumpe für ein Wellenlötgerät besteht aus verschiedenen Pumpkanälen, die im Wesentlichen parallel zueinander und voneinander entfernt ausgerichtet sind. Sie hat vorzugsweise einen Stator mit vielen Segmenten. Jeder Station ist ein Pumpkanal zugeordnet. Dies führt zu einer homogenen Pumpleistung bzw. homogenen Pumpendruckverteilung über eine nahezu beliebige Breite und zu einer homogenen Lötwelle. Eine chaotische Verwirbelung des Lotes ist durch die Anordnung der Pumpkanäle und das erfindungsgemäße Stator-Design praktisch ausgeschlossen.

Analyse der Vor- und Nachteile des Wellenlötens

Vorteile des Wellenlötens

Ideal für bleifreie Prozessanforderungen, die eine hohe Produktivität erfordern.
Es ist nicht nötig, Bereiche der Platine abzukleben, die nicht gelötet werden müssen.
Selektivlötanlagen sind in der Regel kostengünstiger im Betrieb.
Er verfügt über einstellbare Parameter, die genauer reguliert werden können.
Der Geräuschpegel des Geräts liegt unter 60 db.
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.

Nachteile des Wellenlötens:

Durch die Einführung von oberflächenmontierten Bauteilen (SMDs) und mehrlagigen Leiterplatten hat die Verwendung des Reflow-Lötens zugenommen. Die beste Löttechnik ist das Reflow-Löten, wenn Ihre PCBA enthält nur SMD-Komponenten. Das Wellenlöten wird jedoch wahrscheinlich verwendet, wenn Ihr Leiterplattenentwurf auch oder ausschließlich Bauteile mit Durchgangslöchern enthält. Die Art des Wellenlötverfahrens hängt von der Anzahl der Bauteile, ihrem Abstand auf der Leiterplatte und der Länge der Leiterplattenstrecke ab. Ihr Design bestimmt jeden dieser Punkte.