Löten ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Metalle durch Schmelzen eines Füllmetalls, Lot genannt, das in die Verbindung fließt und erstarrt, um eine starke Verbindung zu bilden. Es wird häufig verwendet in Elektronik-Fertigung zur Bestückung von Leiterplatten (PCBs). Bei der Leiterplattenbestückung kommen zwei gängige Lötverfahren zum Einsatz: Wellenlöten und Reflowlöten. Beide spielen eine wichtige Rolle für die Leistung eines elektronischen Produkts. Manche verwechseln sie jedoch miteinander, und der Unterschied zwischen ihnen scheint unklar. In diesem Blogbeitrag vergleichen wir die beiden Verfahren und diskutieren ihre Vor- und Nachteile.
Was ist Wellenlöten?
Wellenlöten ist ein Lötverfahren, bei dem eine Leiterplatte über eine Pfanne mit geschmolzenem Lot geführt wird. Die Lotpfanne besteht typischerweise aus einer Zinn-Blei-Legierung und hat einen Temperaturbereich von 250–270 °C. Beim Überführen der Leiterplatte über die Pfanne entsteht eine Welle aus geschmolzenem Lot, die die freiliegenden Metalloberflächen der Bauteile und der Leiterplatte benetzt und so eine starke und dauerhafte Verbindung bildet.
Entwicklungsgeschichte
Der Transistor wurde 1946 von John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley in den Bell Laboratories erfunden. Dadurch konnte die Größe elektronischer Bauteile reduziert werden. Einige Jahre später wurden Laminierung und Ätzen entwickelt, was den Weg für eine Löttechnik ebnete, die in der Produktion eingesetzt werden konnte.
Elektronische Bauteile waren meist bedrahtet, und es war unpraktisch, sie einzeln mit einer Lötpistole zu verlöten. Es bestand die Notwendigkeit, die gesamte Platine auf einmal zu löten. Daher wurde das Wellenlöten entwickelt, bei dem die gesamte Platine mit einer Welle aus Lötpaste überzogen wurde.
Der Wellenlötprozess
Das Wellenlöten umfasst 4 Schritte und wir werden sie uns nacheinander ansehen.
1. Flussmittelsprühen
Die Lötleistung hängt hauptsächlich von der Sauberkeit der Metalloberfläche ab. Sie hängt auch von der Funktion des Lötflussmittels ab. Es spielt eine entscheidende Rolle für reibungslose Lötvorgänge. Wichtige Funktionen des Lötflussmittels sind:
• Entfernen von Oxiden von den Metalloberflächen der Bauteilstifte und -platinen.
• Stoppen der Sekundäroxidation von Leiterplatten während des thermischen Prozesses.
• Reduzierung der Oberflächenspannung der Lötpaste.
• Richtige Übertragung der benötigten Wärme.
2. Vorwärmen
Leiterplatten werden auf einer Palette entlang einer Kette, die einem Förderband ähnelt, durch einen Wärmetunnel transportiert. Dies ist notwendig, um das Flussmittel zu aktivieren und eine Vorwärmung durchzuführen.
3. Wellenlöten
Bei weiter steigender Temperatur schmilzt die Lötpaste und wird flüssig. Dadurch entsteht eine Lötwelle, die sich über die gesamte Platine ausbreitet und eine feste Verbindung der Bauteile mit der Platine ermöglicht.
4. Kühlung
Das Wellenlötprofil folgt der Temperaturkurve. Die Kurve beginnt abzufallen, sobald die Temperatur im Wellenlötstadium ihren Höhepunkt erreicht hat. Dies wird als „Abkühlphase“ bezeichnet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur können wir die Platine erfolgreich bestücken.
Vorteile des Wellenlötens
Hoher Durchsatz: Wellenlöten ist ein Hochgeschwindigkeitsprozess, bei dem mehrere Komponenten gleichzeitig gelötet werden können und der sich daher für die Massenproduktion eignet.
Starke mechanische Bindung: Die durch Wellenlöten hergestellte Lötverbindung ist stark und zuverlässig und daher ideal für Komponenten, die hoher mechanischer Belastung ausgesetzt sind.
Gute Wärmeleistung: Die Wärme der Lötwelle kann in die Leiterplatte eindringen und sorgt so für eine gute Wärmeleistung und Wärmeableitung.
Nachteile des Wellenlötens
Eingeschränkte Bauteilkompatibilität: Wellenlöten ist nicht für alle PCB-Komponenten, da einige Komponenten der hohen Temperatur der Lötwelle möglicherweise nicht standhalten.
Eingeschränkte Präzision: Die Lötwelle lässt sich nicht präzise steuern, was zu einer mangelhaften Lötqualität oder zur Beschädigung empfindlicher Bauteile führen kann.
Umweltbedenken: Die Verwendung von bleihaltigem Lot beim Wellenlöten kann eine Gefahr für die Umwelt darstellen und ist daher für einige Anwendungen weniger wünschenswert.
Was ist Reflow-Löten?
Beim Reflow-Löten werden Bauteile zunächst temporär auf die Pads der Leiterplatte geklebt. Anschließend werden sie durch Heißluft oder andere Wärmeleitungs- und Strahlungsmethoden dauerhaft miteinander verbunden. Reflow-Löten ist relativ einfach durchzuführen und selbst für Anfänger im kleinen Maßstab problemlos möglich. Für das Reflow-Löten wird eine Reflow-Lötmaschine benötigt, die oft auch als Reflow-Lötofen bezeichnet wird.
Reflow-Lötprozess
Wie bereits erwähnt, werden elektrische Bauteile vor dem eigentlichen Löten provisorisch auf den Kontaktpads befestigt. Dies erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird die Lötpaste mithilfe einer Lötpastenschablone präzise auf jedes Pad aufgetragen. Im zweiten Schritt werden die Bauteile mithilfe von Pick-and-Place-Maschinen auf den Pads platziert. Erst nach Abschluss dieser Vorbereitungen beginnt das eigentliche Reflow-Löten.
Der eigentliche Lötvorgang besteht aus vier Schritten, die wir im Folgenden besprechen.
Vorheizen
Vorheizen ist für die Herstellung hochwertiger Leiterplatten sehr wichtig. Beim Reflow-Löten erfüllt es zwei Hauptzwecke.
- Dadurch kann die Leiterplattenmontage problemlos die erforderliche Temperatur erreichen und das notwendige thermische Profil erstellen.
- Durch das Vorwärmen werden flüchtige Lösungsmittel aus der Lötpaste herausgedrückt und vollständig entfernt. Eine unsachgemäße Durchführung beeinträchtigt die Lötqualität.
Thermisches Einweichen
Auch beim Reflow-Löten kommt es auf das in der Lötpaste enthaltene Flussmittel an. Daher muss die Temperatur deutlich ansteigen, damit das Flussmittel aktiviert werden kann. Andernfalls spielt das Flussmittel beim Reflow-Löten keine aktive Rolle.
Reflow-Löten
Dieser Schritt beinhaltet die Spitzentemperatur des gesamten Prozesses. Die Spitzentemperatur ermöglicht das Schmelzen und Aufschmelzen der Lötpaste. Die Temperaturkontrolle ist beim Reflow-Lötprozess sehr wichtig. Eine sehr niedrige Temperatur kann das Aufschmelzen der Lötpaste verhindern, während eine sehr hohe Temperatur die Platine oder die SMT-Komponenten beschädigen kann.
Zum Beispiel BGAs Beim Reflow-Löten schmelzen viele Lötkugeln. Wenn die optimale Löttemperatur nicht erreicht wird, können diese Kugeln ungleichmäßig schmelzen und BGAs können durch Nacharbeit beschädigt werden.
Kühlung:
Sobald die Spitzentemperatur erreicht ist, beginnt die Temperaturkurve abzufallen. Durch die Abkühlung verfestigt sich die Lötpaste und die Bauteile werden dauerhaft an ihren Kontaktflächen auf der Platine befestigt.
Vorteile des Reflow-Lötens
Hohe Präzision: Reflow-Löten ermöglicht eine präzise Steuerung des Lötprozesses, was zu hochwertigen und zuverlässigen Lötverbindungen führt.
Geeignet für komplexe Leiterplatten: Reflow-Löten eignet sich für komplexe Leiterplatten mit mehreren Komponenten, da es ermöglicht Selektivlöten der einzelnen Komponenten.
Umweltfreundlich: Die Verwendung von bleifreiem Lot beim Reflow-Löten macht es zu einer umweltfreundlicheren Option.
Nachteile des Reflow-Lötens
Begrenzter Durchsatz: Reflow-Löten ist ein langsamerer Prozess als Wellenlöten, da jede Komponente einzeln gelötet werden muss, was für die Massenproduktion möglicherweise nicht geeignet ist.
Temperaturempfindlich: Reflow-Löten reagiert empfindlich auf Temperaturschwankungen und jede Abweichung kann zu einer schlechten Lötqualität oder zu Bauteilschäden führen.
Begrenzte mechanische Festigkeit: Die durch Reflow-Löten hergestellte Lötverbindung ist möglicherweise nicht so fest wie die durch Wellenlöten hergestellte und ist daher für Komponenten, die hoher mechanischer Belastung ausgesetzt sind, weniger geeignet.
Weitere Informationen zum Reflow-Löten finden Sie in unserem anderen Blog: Reflow-Löten auf Leiterplatten
Unterschied zwischen Wellenlöten und Reflow-Löten
Wir können den Unterschied zwischen Reflow-Löten und Wellenlöten nie ignorieren, weil er wichtig ist, wenn Sie auswählen PCBA-DiensteEine Lötmodifikation kann drastische Änderungen im gesamten Baugruppenherstellungsprozess mit sich bringen. Dazu gehören Herstellungskosten, Markteinführungszeit, Effizienz, Gewinne usw.
Lötprozess
Der Hauptunterschied zwischen Reflow- und Wellenlöten im Herstellungsprozess liegt im Aufsprühen von Flussmittel. Beim Wellenlöten ist dieser Schritt erforderlich, beim Reflow-Löten hingegen nicht. Flussmittel wird zur Unterstützung des Lötprozesses eingesetzt. Es wirkt schützend, indem es die Oberflächenspannung abbaut und reduziert. Flussmittel wirkt nur, wenn es aktiviert wird, was durch intensive Zeit- und Temperaturkontrolle erreicht werden kann. Beim Reflow-Löten ist Flussmittel in der Lötpaste enthalten. Daher muss die erforderliche Flussmittelmenge entsprechend dosiert und eingestellt werden.
Anwendungsbereiche
Im Allgemeinen eignet sich das Wellenlöten am besten für DIP- und THT-Baugruppen, während sich das Reflow-Löten ideal für SMT-Baugruppen eignet. Eine Leiterplatte enthält jedoch selten ausschließlich bedrahtete oder oberflächenmontierte Bauteile. Deshalb ist oft eine Mischung aus SMT, THT und DIP erforderlich. Bei gemischten Baugruppen wird zuerst SMT und dann DIP oder THT gelötet. Dies liegt daran, dass die Temperatur beim Reflow-Löten deutlich höher ist als beim Wellenlöten. Wird diese Reihenfolge nicht eingehalten, kann die Lötpaste wieder schmelzen. Dies kann dazu führen, dass gut gelötete Bauteile von der Platine fallen oder Defekte aufweisen.
Produktionskapazität
Wir nutzen das Wellenlöten hauptsächlich für die Massenproduktion. Es ermöglicht die Herstellung einer großen Anzahl von Leiterplatten in relativ kurzer Zeit. Reflow-Löten eignet sich hingegen für komplexe Leiterplatten mit hohen Präzisionsanforderungen. Wir verwenden Reflow-Löten auch bei der Herstellung kleiner Stückzahlen von Leiterplatten. Wir nutzen diese Technik, wenn wir nicht unter Zeitdruck stehen.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, in der die Unterschiede zwischen Wellenlöten und Reflow-Löten anschaulich aufgeführt sind:
| Aspekt | Wellenlöten | Reflow-Löten |
| Prozess | Das Lot befindet sich in einer geschmolzenen Welle oder Fontäne | Lötpaste wird vorab aufgetragen und die Komponenten werden in einem Ofen reflowiert |
| Geeignet für | Durchgangslochkomponenten | Oberflächenmontagekomponenten |
| Handhabung der Komponenten | Begrenzte Komponentengröße und -dichte | Geeignet für kleinere, dicht bestückte Leiterplatten |
| Lötanwendung | Wird auf die gesamte Leiterplatte angewendet | Gezielte Anwendung auf bestimmte Bereiche |
| Flussmittelanwendung | Verwendet normalerweise eine separate Flussmittelstufe | Flussmittel ist oft in Lötpaste enthalten |
| Heizverfahren | Konvektionserwärmung von unterhalb der Leiterplatte | Strahlungs- oder Konvektionsheizung im Backofen |
| Temperaturkontrolle | Die Temperatur ist durchgehend konstant | Temperaturprofile werden sorgfältig kontrolliert |
| Komplexität kontrollieren | Relativ einfache Steuerung | Erfordert präzise Temperaturprofile |
| Reflow-Atmosphäre | Inerte Stickstoffatmosphäre normalerweise nicht erforderlich | Für bestimmte Anwendungen kann eine Stickstoffatmosphäre verwendet werden |
| Prozess Zeit | Schnellerer Prozess durch gleichzeitiges Löten | Längerer Prozess mit separaten Vorheiz-, Reflow- und Abkühlphasen |
| Inspektion und Nacharbeit | Einfachere Inspektion und Nacharbeit für bedrahtete Komponenten | Die Überarbeitung von oberflächenmontierten Komponenten kann eine größere Herausforderung darstellen |
| Lötabfälle | Mehr Lötabfall, da die gesamte Leiterplatte freiliegt | Weniger Lötabfall durch selektives Auftragen der Lötpaste |
| Gerätegröße | Typischerweise größere Geräte | Kleinere und kompaktere Geräte |
| Kosten | Im Allgemeinen niedrigere Gerätekosten | Höhere Erstausrüstungskosten |
Auswahl des richtigen PCB-Lötprozesses
Reflow-Löten und Wellenlöten sind effektive Methoden für die Leiterplattenmontage. Die richtige Wahl hängt von verschiedenen Faktoren ab, die mit Ihren spezifischen Leiterplatten und Ihrer Produktionsumgebung zusammenhängen. Wenn die Leiterplatte hauptsächlich SMD-Bauteile verwendet, ist Reflow-Löten in der Regel die beste Wahl. Die Lötpaste und die Wärmeprofilierung ermöglichen präzises Löten kleiner SMD-Bauteile. Wenn Sie jedoch hauptsächlich bedrahtete Teile, Wellenlöten zeichnet sich durch schnelles Einfließen des Lots in die Löcher aus und ermöglicht so eine schnelle Montage. Für Leiterplatten mit SMDs und bedrahteten Bauteilen kann ein Hybridverfahren mit selektivem Wellenlöten und Reflow-Löten optimal sein. Berücksichtigen Sie neben den Bauteiltypen auch Produktionsvolumen, Investitionskosten für die Anlage, Präzisionsanforderungen und Bedienererfahrung. Reflow-Löten bietet hohe Präzision bei geringeren Stückzahlen, während Wellenlöten einen höheren Durchsatz, aber eine geringere Verbindungsqualität bietet. Die Analyse all dieser Faktoren im Vorfeld beugt späteren Problemen vor. Es gibt kein universell überlegenes Verfahren – die Wahl des optimalen Verfahrens für Ihr spezielles Leiterplattendesign und Ihre Produktionsziele gewährleistet eine hohe Ausbeute und zuverlässige Lötung.
MOKO-TechnologieAls führender Elektronikhersteller in China verfügen wir über eine große Fertigungsanlage für die Herstellung von Leiterplatten, die sowohl Wellenlöten als auch Reflow-Löten ermöglicht. Darüber hinaus verfügen wir über eine große Produktionskapazität, sodass wir problemlos jede beliebige Kombination von Löttechniken für Großbestellungen durchführen können. Wenn Sie einen zuverlässigen Partner für das Löten Ihrer Leiterplatten suchen, wenden Sie sich gerne an Natürlich können Sie uns bei. Wir hoffen, bald von Ihnen zu hören!
