Warum wir auf Infrarottechnologie für bleifreie Chips umsteigen
Wer schon Erfahrung mit dem Trocknen und Aushärten von Halbleitern hat, kennt die alte Methode: Alles wird in einen riesigen Konvektionsofen gelegt und man wartet einfach ab. Doch die Zeiten ändern sich. Durch den Trend zu „grünen“ und bleifreien Standards gibt es jetzt einen starken Anstieg der Nutzung von Infrarottechnologie.
Der Vorteil dieser Technologie liegt darin, dass man die gewünschte Temperatur auf der Wafer- oder Substratoberfläche erreichen kann, ohne den gesamten Raum zu erwärmen.
Vermeidung von Energieverlusten
Stellen Sie sich einen herkömmlichen Heißluftofen vor. Im Grunde handelt es sich dabei um eine riesige Metallbox, die enorme Mengen an Energie dafür aufwendet, ihre eigenen Wände sowie die Luft im Inneren zu erhitzen. Das ist ineffizient.
Infrarottechnologie hingegen funktioniert anders: Anstatt die Luft zu erhitzen, senden Infrarotlampen elektromagnetische Strahlung aus, die direkt in das Werkstück eindringt. Dadurch werden die Moleküle der Beschichtung oder des Lötpastes in Schwingung versetzt.
Das geht sehr schnell – eigentlich in Sekunden statt Minuten. Wir sprechen hier von einer Reduzierung der Aufwärmzeiten um ein Vielfaches.
Die meisten verwenden dafür Kurzwellen-Infrarotstrahlung. Dadurch dringt die Wärme tiefer in das Material ein, sodass auch die Unterseite der Lötstellen gleich schnell aushärtet. Dadurch entfällt das lästige Phänomen, bei dem die Oberfläche zu schnell hart wird und dadurch Lösungsmittel darunter zurückbleiben.
Umgang mit der Hitze bei bleifreiem Lötzinn
Das Schwierige ist: Bleifreies Lötzinn benötigt deutlich höhere Temperaturen zum Schmelzen als das alte, auf Blei basierende Lötzinn.
Wenn man versucht, diese Temperaturen mit einem Konvektionsofen zu erreichen, überhitzt man oft das PCB-Substrat. Dadurch entstehen Verformungen, was für die Qualitätskontrolle ein Albtraum ist.
Infrarottechnologie bietet eine viel bessere Kontrolle. Man kann die Wellenlänge genau so einstellen, dass sie genau auf das Material abgestimmt ist. Die Wärme trifft genau dort auf, wo sie benötigt wird – und nirgendwo sonst. Das ist besser für das Board und besser für den Planeten.
Realitätstest
Infrarottechnologie ist jedoch keine Zauberwaffe. Man kann nicht einfach einen Schalter umlegen und alles wird automatisch gut.
Da die Wärme in gerader Linie strahlt, muss man mit dem sogenannten „Schatteneffekt“ umgehen. Wenn es Komponenten unterschiedlicher Höhe gibt, blockieren die höheren Komponenten die Wärme, sodass sie die niedrigeren Komponenten nicht erreichen kann.
Um das zu beheben, braucht man vermutlich mehrere Lampen oder eine Vorrichtung, die die Boards dreht. Außerdem muss man auf die Kühlventilatoren achten. Wenn diese nicht richtig dimensioniert sind, kann die überschüssige Wärme bleiben und die Präzisionssensoren stören.