Jeder Elektronikhersteller, der schon einmal den Einsatz von Stickstoff in seinem Lötprozess in Erwägung gezogen hat, wird Ihnen sagen, dass das größte Hindernis unmittelbar die Kosten sind. Man muss entweder Stickstoff von einem Anbieter kaufen oder eine Art Stickstofferzeugungssystem installieren. Die konkurrierende Reflow-Umgebung ist Luft, die im Überfluss vorhanden und völlig kostenlos ist. Es ist schwer, mit etwas zu konkurrieren, das keine Kosten verursacht und überall verfügbar ist, auch in Ländern der zweiten und dritten Welt. Stickstoff, insbesondere hochreiner Stickstoff (mit wenig Sauerstoff), ist nicht überall verfügbar.
Diejenigen, die Stickstoff als Reflow-Umgebung für die Leiterplattenbestückung verwendet haben, kennen auch eine Herausforderung im Zusammenhang mit passiven Komponenten wie Chipkondensatoren und Widerständen (z. B. 1205, 0805, 0603, 0402 usw.). Dabei handelt es sich um einen Defekt, der gemeinhin als Tombstoning bezeichnet wird. Ohne die Anwesenheit von Sauerstoff bildet sich praktisch keine Oxidhaut auf der Oberfläche des geschmolzenen Lots. Diese Oxidhaut verleiht dem geschmolzenen Lot eine niedrige Oberflächenspannung. Oxidfreies geschmolzenes Lot hat eine höhere Oberflächenspannung. Das bedeutet, dass beim Benetzen des Lots auf den Anschlüssen die Kraft in einer Stickstoff-Reflow-Umgebung größer ist als die Kraft in einer Luft-Reflow-Umgebung. Die Benetzung des Lots auf den Anschlüssen kann noch dadurch verbessert werden, dass die Anschlüsse weniger oxidiert sind, weil sie in Abwesenheit von Sauerstoff erhitzt werden. Beide Phänomene können Benetzungskräfte verursachen, die ausreichen, um an den Anschlüssen zu ziehen und das Bauteil aufzurichten.
Aber es gibt definitiv einige Vorteile, die mit einer Stickstoff-Reflow-Umgebung einhergehen. Wenn wir die Diskussion über die höhere Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots beim Reflow in einer Stickstoffumgebung fortsetzen, ergibt sich ein Vorteil für Anwendungen mit Bauteilen mit kleinem Pitch. Diese höhere Oberflächenspannung kann das Auftreten von Brückenbildung reduzieren, da das Lot, sobald es geschmolzen ist, zusammenfließen will, was dazu führt, dass es sich auf das Pad zurückziehen will. Dieser Mechanismus kann auch dazu beitragen, Lötkugeln in der Mitte des Chips und andere ähnliche Defekte zu vermeiden, die dadurch entstehen, dass das Lot während des Reflow-Prozesses an Stellen gelangt, an denen es nicht erwünscht ist.
Eine bessere Benetzung ist auch zu erwarten, wenn man Stickstoff-Reflow mit Luft-Reflow vergleicht. Das Prinzip ist ziemlich einfach. Oberflächen, seien es Bauteilanschlüsse oder Leiterplattenpads, die für Oxidation anfällig sind, können in einer Stickstoff-Reflow-Umgebung aufgrund der geringen Anwesenheit von Sauerstoff nicht weiter oxidieren. Die Flussmittel müssen sich nicht so sehr anstrengen, um die Oberflächen zu reinigen, und die Benetzung kann früher und schneller erfolgen.
Oxidationsprobleme sind nicht notwendigerweise auf die Oberflächen von Bauteilen und Leiterplatten beschränkt. Sie kann auch das Lot selbst beeinträchtigen. Ein großer Teil der Leiterplattenmontage wird mit Lötpaste durchgeführt. Lötpaste ist eine Suspension von Lotpartikeln in einem Flussmittel. Die Lotpartikel in der Paste können während des Reflow-Prozesses an der Luft oxidieren, insbesondere wenn das Flussmittel abläuft und die Lotpartikel freilegt und/oder die Oxidationsbeständigkeit des Flussmittels nicht ausreicht, um die Lotpartikel zu schützen. Dies kann zu einem kosmetischen Defekt führen, der häufig als"Graping" bezeichnet wird.
Letztendlich kann praktisch jeder Fehler, der mit Oxidation zusammenhängt, selbst die hier nicht genannten wie Kopf im Kissen, durch den Wechsel von Luft- zu Stickstoff-Reflow gemildert werden.
Es wird wohl immer Anwendungen geben, bei denen der Einsatz von Stickstoff unnötig ist. Und die Kosten werden die Menschen dazu bringen, lange und gründlich nachzudenken, bevor sie Stickstoff einsetzen. Aber für diejenigen, die bestimmte Aspekte des Konvektions-Reflow-Lötprozesses verbessern wollen, kann der Einsatz von Stickstoff der Schlüssel sein.
