Lutowanie na fali

Płytka drukowana z zamocowanymi mechanicznie podzespołami do montażu przewlekanego ( górna powierzchnia płytki) i ewentualnie podzespołami do montażu powierzchniowego (podzespoły SMD) zamocowanymi za pomocą kleju (dolna powierzchnia płytki od strony źródła lutu) jest przenoszona na transporterze kolejno przez strefę topnikowania, strefę grzania wstępnego, a następnie w poprzek grzbietu fali stopionego lutu (strefa lutowania).

Czynnikami decydującymi o przebiegu procesu lutowania jest szerokość obszaru kontaktu między falą lutu i stroną płytki od strony źródła lutu oraz prędkość przenoszenia płytki. Transporter z umieszczoną na nium płytką jest zwykle prowadzony z niewielkim nachyleniem wynoszącym maks. 7 stopni. Z chwilą pojawienia się koncepcji montażu mieszanego, łączącego w jednym procesie lutowania na fali podzespoły do montażu przewlekanego i podzespoły SMD, urządzenia do lutowania na fali wyposażono w umieszczone obok siebie dwie fale: turbulentną i laminarną. Falę turbulentną wprowadzono w celu przeciwdziałania problemom lutowania spowodowanym wprowadzeniem podzespołów SMD. Fala ta charakteryzuje się wysoką dynamiką przepływu w kierunku pionowym i dzięki temu zapewnia doskonały dostęp lutu do wprowadzeń/końcówek podzespołów SMD znajdujących się od strony źródła lutu, jak również doskonałą penetrację wąskich szczelin. Fala turbulentna nie jest zdolna do skutecznego usuwania nadmiaru lutu z łączonych powierzchni. To zadanie spełnia fala laminarna nazywana także falą główną. W fali laminarnej, w momencie wychodzenia płytki ze strefy stopionego lutu, prędkość przepływu lutu względem płytki jest minimalna. Stwarza to warunki pozwalające na usuwanie nadmiaru lutu z powierzchni łączonych.

Lutowanie na fali spoiwami bezołowiowymi stwarza więcej problemów niż lutowanie rozpływowe, czy lutowanie ręczne. Agregaty do lutowania na fali nie tylko muszą spełniać wymagania, o których była mowa poprzednio przy omawianiu pieców. Dochodzą wymagania odnośnie tygli, w których znajduje się roztopione spoiwo. Cyna bez ołowiu silniej działa chemicznie na stal, z którego jest wykonany tygiel. Dlatego też tygiel jest wykonany ze specjalnej stali stopowej, względnie musi mieć pokrycie, np. z materiału ceramicznego. Niestety starsze fale lutownicze nie mogą być dostosowane do materiałów bezołowiowych – nawet jeśli technologicznie byłoby to możliwe, koszty modernizacji dezaktywują sens takiej inwestycji. Przy przechodzeniu na technologię bezołowiową konieczne jest dobranie nowego spoiwa o odpowiednim składzie oraz nowego rodzaju topnika. Odpowiednie do lutowania na fali są stopy z zawartością srebra, np. Sn96,5Ag3,0Cu0,5, ewentualnie dwuskładnikowe, np. Sn99,3Cu0,7. Spoiwa zawierające srebro naturalne są droższe, ale wadą dwuskładnikowych jest wyższa temperatura topnienia. Do tych zastosowań firma Kester oferuje w szczególności spoiwo dwuskładnikowe o temperaturze topnienia 227 st. C, dostępne w sztabach. Równie ważne jest dobranie odpowiednich topników, ponieważ muszą one być bardziej aktywne oraz oddziaływać nieco dłużej, aby zapewnić zarówno dobre zwilżanie łączonych elementów, jak i dobrą strukturę spoiny, bez dziur i pęknięć. Uzupełniając powyższe informacje warto dodać, że również ścieżki przewodzące oraz końcówki montowanych elementów muszą mieć pokrycia dostosowane do technologii bezołowiowej.