Mit Dampf in Richtung „Bleifrei“

Alfred Rallo, ECM, Grenoble

Beispiele wie die Abschaffung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) zeigen klar einen Trend zum Umweltschutz in der Elektronikfertigung. Deshalb ist auch die Entwicklung des bleifreien Lötens unvermeidbar. Da nicht davon auszugehen ist, dass diese Entwicklung aufgehalten wird oder dass bleifreie Lotlegierungen mit exakt den Eigenschaften bleihaltiger Lote gefunden werden, muss man die existieren-den Lötöfen (vor allem die Konvektionsöfen) den neuen Gegebenheiten anpassen oder neue Ofentechniken entwickeln, die für die bleifreie Fertigungstechnik geeignet sind.

Beim französischen Ofenhersteller ECM hat man sich für die letzte Möglichkeit entschieden, denn der höhere Schmelzpunkt der verwendeten bleifreien Lotlegierungen führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Löttemperatur. Dies hat zur Folge, dass die Konvektionsöfen bis an ihre Grenzen ausgereizt werden und man dadurch in einen Bereich gelangt, in dem jeder einzelne Lötparameter kritisch wird. Die daraus resultierenden Folgen sind

• geringere Geschwindigkeiten der Förderbänder, um die erforderliche Temperatur in einer akzeptablen Homogenität zu erreichen,

• Verteuerung und Verlängerung der Öfen, um einen akzeptablen Durchsatz bei einer geringeren Geschwindigkeit und einer höheren Zykluszeit zu erreichen,

• erhöhte Beanspruchung der Komponenten weil sie für längere Zeit höheren Temperaturen ausgesetzt sind und dadurch die Palette der verwendbaren Materialien eingeschränkt und die Fertigungskosten nach oben geschraubt werden, weil die Materialien, die gegenüber einer höheren Temperatur resistent sind teurer sind als solche, die nur niedrigere Temperaturen aushalten und

• die empfehlenswerte jedoch kostspielige Verwendung von Stickstoff, um die Wärmeleistung der Öfen geringfügig zu steigern.

Es ist bereits seit langer Zeit bekannt, dass man mit Thermo-Kondensationssystemen (Kondensationsöfen mit Dampfphasen) eine gute Kontrolle der Temperaturen, eine praktisch perfekte Homogenität, eine inerte Atmosphäre und Löttemperaturen, die nur 5 bis 10 °C über dem Schmelzpunkt des Lots liegen, erreichen kann. Diese Öfen werden häufig in der Raumfahrt, dem Militär, der Medizin, Luftfahrt usw. eingesetzt.

Die modernen Thermokondensations-Systeme arbeiten mit einem hermetisch geschlossenen Kreislauf, sie besitzen eine Trocknungsfunktion die mit Unterdruck arbeitet, wodurch Verwölbungen und der Verlust von Flüssigkeiten und Dämpfen aus dem Lötbereich vermieden und niedrige Betriebskosten erreicht werden. Sie bieten ferner die Möglichkeit, die Oberflächentemperatur der Werkstücke permanent zu kontrollieren und aufzuzeichnen. Die Prozesskontrolle über die Temperatur der Werkstücke und ein Sichtfenster bieten schließlich die Möglichkeit, den gesamten Wärmezyklus in Echtzeit zu beobachten. Außerdem erfolgt der Wärmezyklus ohne Bewegung der elektronischen Baugruppen, wodurch das Risiko des Verrutschens von Komponenten reduziert wird.

Mit diesen Öfen wird das bleifreie Löten bei Temperaturen möglich, die normalerweise in Konvektionsöfen für das Löten mit bleihaltigen Loten verwendet werden. Die fünf entscheidenden Vorteile eines Kondensationsofens sind

• die sofortige Anwendung des bleifreien Lötens mit hohen Stückzahlen,

• eine nahezu perfekte Homogenität der Temperatur,

• niedrige Betriebskosten sowie

• eine einfache Bedienung.

Durch diese Kondensationsöfen ist sowohl das eutektische als auch das bleifreie Löten sofort und ohne das Risiko einer neuen Löttechnik möglich.