Der größte Teil der weltweit hergestellten Elektronikteile wird mit Konvektionsöfen gelötet. Diese Öfen sind auch für Labore oder Kleinserienproduktionen erhältlich. Sie sind jedoch nicht besonders benutzerfreundlich. Eine gute Alternative dazu sind Dampfphasenöfen .

Herkömmliche Reflow-Öfen schmelzen die Lötpaste auf der Leiterplatte durch Erwärmung der Luft oder durch direkte Erwärmung der Elektronik. Dies birgt jedoch einige Nachteile:

  • Um die Lötpaste zu erhitzen, muss die Strahlungswärme das zu lötende Bauelement durchdringen. Dies führt zu einer enormen Erwärmung des Bauelements.
  • Einige Bauelemente sind empfindlicher gegenüber Strahlungswärme als andere. So kann zum Beispiel eine Stiftleiste im Ofen schmelzen, während die Lötpaste unter einem BGA-Chip noch nicht geschmolzen ist.
  • Die eingestellte Temperatur muss viel höher sein als die Schmelztemperatur der Lötpaste. Andernfalls besteht die Gefahr einer Überhitzung.
  • Um eine Überhitzung zu vermeiden, ist es am besten, die niedrigstmögliche Temperatur zu wählen, was jedoch dazu führen kann, dass das Zinn nicht richtig schmilzt.

Diese Probleme treten besonders oft bei kleinen Lötöfen auf, die häufig in Labors oder für Kleinserien verwendet werden. Ein gutes Beispiel für einen solchen Ofen ist der T962A. Es bedarf einiger Übung, um mit diesem Ofen gute Ergebnisse zu erzielen, und selbst dann sind konstante Ergebnisse nicht immer garantiert. Die Dampfphase ist eine sehr gute Alternative für diese Art von Öfen.

T962A soldering oven

Der Lötofen T962A heizt mit Strahlungswärme.

Wie funktioniert das Dampfphasenlöten?

Beim Dampfphasenlöten wird die zu lötende Elektronik in einen heißen Dampf getaucht. Der heiße Dampf überträgt die Wärme auf das Lötzinn, das daraufhin schmilzt. Da Heißdampf eine 10- bis 100-mal bessere Wärmeübertragung hat, kann das Löten bei niedrigeren Temperaturen erfolgen.

Außerdem verdrängt der Dampf die gesamte Luft um die Elektronik, sodass alle Bauelemente verlötet werden.

Dampf hat eine feste Temperatur, nämlich die Siedetemperatur, was erhebliche Vorteile mit sich bringt. Die Temperatur des Dampfes wird nie höher als diese Temperatur sein. Dadurch werden die Komponenten nicht überhitzt.

Im Vergleich zu Reflow-Öfen bietet die Dampfphase eine bessere Wärmeübertragung und eine gleichmäßige Temperatur. Überhitzung ist ausgeschlossen, es gibt weniger ungelötete Teile und die Bauelemente werden aufgrund der niedrigeren Temperatur weniger belastet. Insgesamt führt die Dampfphase zu besseren und gleichmäßigeren Lötergebnissen.

Convection soldering

Beim Konvektionslöten muss die Wärme durch das Bauelement hindurch, um das Zinn zu erhitzen. Hierdurch wird das Bauelement stark belastet.


Vapour phase soldering

Beim Dampfphasenlöten kommt der Dampf in direkten Kontakt mit dem Lötzinn, auch direkt unter den Bauelementen.

Das Dampfphasenverfahren

Es gibt mehrere Dampfphasenverfahren. Die Einstellung der Heizstufe ist der einfachste Prozess. Dieses Verfahren wird auch in dem von uns vertriebenen Dampfphasenofen angewandt, weshalb wir dieses Verfahren hier näher erläutern.

Schritt 1: Die Anlaufphase

Die Dampfphasenmaschine besteht aus einem Behälter mit Lötflüssigkeit. Einige Zentimeter über der Flüssigkeit wird die Leiterplatte mit der Lötpaste und den Bauelementen platziert. Anschließend wird der Behälter verschlossen. In dieser Phase ist die Flüssigkeit noch kalt und es entsteht kein Lötdampf. Am Boden des Behälters befinden sich Heiz- und Kühlelemente, um die Temperatur der Flüssigkeit zu regulieren.


Die Anlaufphase

Schritt 2: Die aktive Phase

In der aktiven Phase wird die Flüssigkeit erhitzt, bis sie kocht und verdampft. Dieser Wasserdampf steigt auf und treibt die Luft nach oben. Dies führt dazu, dass der Dampf die Leiterplatte vollständig umschließt, wie in der Abbildung oben dargestellt. Der Dampf berührt die Leiterplatte, und da die Leiterplatte kälter ist als der Dampf, kondensiert der Dampf auf der Leiterplatte. Dadurch kommt es zu einer Wärmeübertragung.


Die aktive Phase

Schritt 3: Abkühlung

Die aktive Phase endet, wenn die Leiterplatte die gleiche Temperatur wie der Dampf hat. Dadurch steigt der Dampf weiter nach oben. In diesem Fall schaltet sich die Heizung aus und die Kühlung ein. Der Dampf sinkt wieder und die Leiterplatte kühlt sich ab. Wenn alles ausreichend abgekühlt ist, kann der Behälter geöffnet und die Leiterplatte von oben aus dem Behälter entnommen werden.

Die Dampfphasenflüssigkeit

Beim Dampfphasenlöten wird eine Flüssigkeit verdampft. Der Dampf dieser Flüssigkeit kann nicht mit den Materialien in der Elektronik reagieren und muss eine Siedetemperatur haben, die höher liegt als die Schmelztemperatur des Lötzinns. Solvay hat eine Flüssigkeit speziell für das Löten in der Dampfphase entwickelt. Diese Flüssigkeit trägt die Bezeichnung Galden. Sie ist mit einer Vielzahl von Siedetemperaturen erhältlich. Zum Löten mit bleifreier Paste ist Galden LS-230mit einer Siedetemperatur von 230°C am besten geeignet.

Die grundlegenden Eigenschaften von Galden für das Dampfphasenlöten sind:

  • Die Flüssigkeit ist inert und reagiert daher nicht mit anderen Materialien.
  • Es ist umweltfreundlich und ungiftig.
  • Die Flüssigkeit leitet keinen Strom.
  • Galden ist brennbar.
  • Galden bietet eine hervorragende Wärmeübertragung.

Solvay hat die Formel für Galden patentiert und kennt seinen Wert für das Phasenlöten. Dies macht die Flüssigkeit teuer. Glücklicherweise wird für jeden Lötvorgang nur eine geringe Menge davon benötigt.

Der Dampfphasenlötofen

Zum Dampfphasenlöten wird ein „Ofen“ benötigt, der den Dampfphasenprozess regelt. Zu diesem Zweck empfehlen wir den Vaporflow 275 Dampfphasenofen. Es handelt sich dabei um einen Dampfphasenofen, der nach dem oben beschriebenen Verfahren der „Heizstufeneinstellung“ arbeitet. Der Ofen kann Leiterplatten mit einer Fläche von bis zu 235 x 170 mm aufnehmen.


Vaporflow 275 vapour phase oven

Vaporflow 275 Dampfphasenofen


Das Galden wird in den Boden des Ofens geschüttet und muss nicht wieder herausgenommen werden. Die zu lötende Leiterplatte wird einige Zentimeter über dem Galden auf ein Plateau gelegt. Sobald die Leiterplatte eingesetzt ist, kann der Ofen mit einem Deckel verschlossen und der Lötvorgang per Knopfdruck gestartet werden. Der gesamte Vorgang dauert etwa 10 Minuten. Im Anschluss kann die Leiterplatte aus dem Ofen genommen werden.

Da der Deckel den Ofen nicht zu 100 % luftdicht verschließt (dies ist wegen des Druckaufbaus nicht möglich), tritt eine kleine Menge Galden aus. Diese Menge ist minimal und verursacht pro Lötzyklus nur geringe Verluste.

Neben dem Heizen und Kühlen des Galdens und der Prozesssteuerung bietet der Ofen auch die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen. Es ist wichtig, dass das Galden nie wärmer als 295 °C wird, da sonst giftige Dämpfe freigesetzt werden. Um dies zu verhindern, ist der Ofen mit einem Sicherheitssensor ausgestattet.

Mit dem Dampfphasenlötofen können Sie sogar doppelseitig SMD löten. Löten Sie zuerst die Unterseite der Leiterplatte mit den kleinen Bauelementen und danach die Seite mit den großen Bauelementen. Aufgrund der Oberflächenspannung des Lötzinns bleiben die kleinen Bauelemente auf der Unterseite beim Löten der Oberseite an der Leiterplatte kleben.

Schlussfolgerung

Das Dampfphasenlöten eignet sich hervorragend zum Löten kleiner Chargen von SMD-Bauelementen. Der Lötprozess ist unkomplizierter und die Ergebnisse sind besser und gleichmäßiger als bei einem kleinen Konvektionsofen.

Der Vaporflow-Lötofen ist ein gutes Beispiel für einen erschwinglichen Dampfphasenofen, der sich ideal für den Einsatz in Labors, Bildungseinrichtungen und kleinen Unternehmen eignet, in denen relativ kleine Chargen gelötet werden. Es braucht praktisch nichts voreingestellt zu werden, und die Prozesssteuerung des Ofens sorgt für den ordnungsgemäßen Abschluss des Dampfphasenprozesses.

Wenn Sie Fragen zum Dampfphasenlöten haben oder Ihre Erfahrungen teilen möchten, hinterlassen Sie bitte einen Kommentar.