Vor- und Nachteile des Reflow-Lötens durch Konvektion unter Verwendung von Stickstoff

Jeder Elektronikhersteller, der jemals den Einsatz von Stickstoff bei seinem Lötprozess erwogen hat, wird Ihnen erzählen, dass das sofortige und größte Hindernis die Kosten sind.  Man muss entweder Stickstoff von einem Anbieter kaufen oder eine Art von Stickstoff erzeugendes System installieren.  Die konkurrierende Reflow- Umgebung ist Luft, welche immer reichlich und völlig kostenlos vorhanden ist.  Es ist schwierig, gegen etwas zu konkurrieren, das keine Kosten verursacht und überall verfügbar ist, darunter auch in den Ländern der zweiten und dritten Welt.  Stickstoff, vor allem hochreiner Stickstoff (sauerstoffarm), ist nicht universell verfügbar.

Menschen, die Stickstoff in der Reflow- Umgebung für Leiterplattenmontage genutzt haben, wissen auch um die Herausforderung im Zusammenhang mit den passiven Komponenten wie Chip- Kondensatoren und Widerständen (z. B. 1205s, 0805s, 0603s, 0402s, etc.).  Diese Herausforderung ist ein Fehler, der üblicherweise als „Grabsteineffekt“ bezeichnet wird.  Ohne Sauerstoff gibt es praktisch keine Oxidhaut, die sich auf der Oberfläche des geschmolzenen Lots bildet.  Diese Oxidhaut gibt dem geschmolzenen Lot eine niedrige Oberflächenspannung.  Geschmolzenes Lot ohne Oxid  hat eine höhere Oberflächenspannung.  Dies bedeutet, wenn das Lot die Anschlüsse benetzt, ist die in einer Reflow-Umgebung von Stickstoff vorhandene Kraft größer, als die vorhandene Kraft in einer Reflow-Umgebung von Luft. Die Benetzung der Anschlüsse mit Lot kann weiter verstärkt werden aufgrund der Tatsache, dass die Anschlüsse möglicherweise weniger Oxidation als Ergebnis der Erwärmung durch den fehlenden Sauerstoff aufweisen. Beide Phänomene können Benetzungskräfte entstehen lassen, die ausreichend sind, um am Anschluss zu ziehen und schließlich die Komponente sich aufrichten lassen. 

Aber es gibt definitiv einige Vorteile, die man in einer Reflow-Umgebung mit  Stickstoff hat.  Die weitere Diskussion über die höhere Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots, wenn der Reflow unter Stickstoff, führt uns zu einem Vorteil für Anwendungen mit Fine-Pitch-Bauteilen.  Diese höhere Oberflächenspannung kann das Auftreten von  Bridging reduzieren, weil das Lot, einmal geschmolzen, zusammenschmelzen will, dies führt dazu, dass das Lot sich auf dem Pad zurückzieht.  Dieser Mechanismus kann auch helfen, Mid-Chip- Lotkugeln und andere ähnliche Fehler des Lots, die während des Reflows nicht erwünscht sind, zu verringern. 

Eine bessere  Benetzung kann auch beim Vergleich eines Reflows unter Stickstoff mit dem unter Luft erwartet werden.  Das ist seinem Prinzip nach ziemlich elementar.  Oberflächen, gleich ob Bauteilanschlüsse oder die Leiterplatten-Pads, die anfällig für Oxidation wären, sind aufgrund  des geringen Vorhandenseins  von Sauerstoff  nicht in der Lage, in einer Reflow-Umgebung von Stickstoff weiter zu oxidieren.  Die Wirkstoffe des Flussmittels haben es nicht so schwer,  die Oberflächen zu reinigen, und die Benetzung kann früher und schneller erfolgen. 

Oxidationsprobleme sind nicht notwendigerweise  auf Bauteil- und PCB-Leiterplatten-Oberflächen beschränkt.  Sie können auch Auswirkungen auf das Lot selbst haben.  Ein Großteil der PCB- Leiterplattenmontage erfolgt mit Lotpaste.  Lotpaste ist eine Suspension von Lotpartikeln in einem Flussmittelträger.  Die Lotpartikel in der Paste unterliegen während des Reflows der Oxidation, vor allem, wenn das Flussmittel wegfließt und die Lotpartikel freilegt werden und/oder die Oxidationsbeständigkeit des Flussmittels nicht ausreichend zum Schutz der Lotpartikel ist. Dies kann zu einem kosmetischen Fehler führen, der oft als  „Graping“ bezeichnet wird. 

Schließlich können nahezu alle Fehler im Zusammenhang mit der Oxidation, auch jene hier nicht genannten wie der Head in Pillow, in der Regel durch die Umstellung vom Luft- auf Stickstoff-Reflow abgemildert werden.

Wohl wird es immer Anwendungen geben, bei denen der Einsatz von Stickstoff unnötig ist.  Und die Kosten werden die Menschen dazu bewegen, sich den Einsatz von Stickstoff lange zu überlegen.  Aber für diejenigen, die nach einer Verbesserung bestimmter Aspekte der Konvektion-Reflowlötens streben, kann der Einsatz von Stickstoff  der Schlüssel sein.