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 Article: SMD - Löten mit Reflow Ofen für Einsteiger und geübte ....

Hobby Electronicsleonharh schreibt

SMD – Löten für jedermann

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Endlich verfügbar : Reflow Kit für Einsteiger

Immer mehr Bauteile werden von der Industrie nur noch als SMD Bauteile angeboten. Das betrifft nicht nur Neuentwicklungen, sondern, getrieben von der RoHS Umstellung, auch ältere Bauelemente die im Zuge der Sortimentsbereinigung nicht mehr als bedrahtete Versionen angeboten werden. Während man Widerstände und Kondensatoren zur Not noch mit „ruhiger Hand“ löten kann, wird das bei modernen IC Gehäusen schwierig ( TQFP ) und unmöglich ( Ballgrid ). Spätestens jetzt ist auch für den Elektronikbastler die Zeit gekommen, sich mit der Technologie des Reflow Lötens auseinander zu setzen. Der Artikel beschreibt ein komplettes Einsteigerset, wie wir es erlebt haben und gibt Tips für einen erfolgreichen Einstieg in die SMD Welt.




Der Einstieg

Getrieben wurde unser Einstieg in die SMD Technik von der Tatsache, daß die geliebten ATMega Prozessoren nur bis zum ATMega32 als bedrahtete Ausführung verfügbar waren. Für uns hieß das, entweder auf die neuen / größeren Prozessoren verzichten oder den Einstieg in die SMD Technik zu wagen. Als uns ein Freund noch anbot ein in Entwicklung befindliches „Reflow Kit“ der Firma „Beta Layout“ zu testen, war die Entscheidung klar. Wir steigen ein !

Anbei ist unser Erfahrungsbericht mit dem Kit, so wie wir ihn an Beta geliefert haben. Um möglichst authentisch zu bleiben sind auch Punkte angeführt, die in der nun vorliegenden Serienversion korrigiert sind. Die entsprechenden Stellen sind mit kursiver Schrift kommentiert


Testbericht Beta Reflow-Kit

Erster Eindruck

Das bestellte Päckchen mit dem Reflow steht endlich vor der Tür. Whow, groß heißt hier wirklich groß, auch wenn's für kleine Bauteile ist.

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Schnell ist alles ausgepackt. Zunächst sehe ich nur einen Backofen. Das wundert mich. Erst auf den zweiten Blick offenbart sich der Inhalt des Ofens und damit das eigentliche Objekt der Begierde. Ein wenig ungläubig untersuche ich den Ofen auf lötspezifische Modifikationen, finde aber außer einem Aufkleber nichts augenscheinliches. Leider hatte ich keinen eigenen „alten“ Ofen. Das hätte doch ne Masse Geld gespart. Da der „Parallelbetrieb“ von Pizza und Leiterplatten heftig gesundheitsschädlich ist ( Kondensate ) war die Anschaffung einfach fällig geworden.

Den Ofen habe ich ja nun gesehen, aber wo ist der Rest? Aha, im Ofen! Die Neugier steigt.

Lieferzustand / Lieferumfang

Das Auspacken der eigentlichen Reflow Box ist ein wenig wie eine Wundertüte auspacken. Keine Ahnung was ich eigentlich erwartet hatte ( wahrscheinlich einen optimierten Ofen ... ), der Inhalt der Kiste erfreut dann jedenfalls. Es ist einfach schön gleich Platinen und sogar Bauelemente vorzufinden. Da kann es ja gleich losgehen. Die (kleinen) Einzelteile sind allerdings in der Box schwer zu finden. Die Styroporflocken verstärken den Wundertüteneffekt noch. Das Suchen macht zwar Spaß, es besteht aber auch ein gewisse Gefahr kleine Teile wegzuwerfen. Ich bin vorsichtig und so liegt nach kurzer Zeit der gesamte Inhalt vor mir. Die Lieferung scheint vollständig zu sein.

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Einige Sachen sehen mir doch etwas seltsam aus. Die Funktion des Montagerahmens kann ich mir ja noch erklären, aber wie der Temperaturindikator funktionieren soll, ist mir dann doch ein Rätsel. Aber die mitgelieferte Anleitung habe ich ja noch nicht gelesen .....

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Die Bedienungsanleitung

Vorab, aus meiner Sicht der am wenigsten gelungene Teil des Sets. Das Verhältnis aus Information und Sicherheitshinweisen ist durchaus als amerikanisch zu bezeichnen. Mit ein wenig Mitdenken gelangt man jedoch zum Ziel. Als SMD Einsteiger wäre es nicht schlecht eine kleine Abhandlung über den Unterschied zwischen SMD und Drahttechnik zu finden ( Bauformen von Gehäusen, Arbeitstechniken, Layouthinweise, notwendige Werkzeuge, Chemikalien, Risiken usw. ) Damit würde sich dann auch das Verhältnis zu den Sicherheitsvorschriften und Datenblättern wieder verändern. Zum Glück gibt es ja das Internet ....

( Die Bedienungsanleitung wurde auf diesen Hinweis hin nochmals überarbeitet )


Der erste Versuch

Anhand der Anleitung kann man die notwendigen Arbeitsschritte nachvollziehen. Bei meinem Testkit fehlte noch das Klebeband. Da ich nichts richtiges in der Bastelkiste hatte, habe ich ziemlich lange mit Tesa rumgemurkst, um die Platinenhalter festzubekommen. Das war nicht so optimal. Inzwischen hat Beta-Layout auch eine Rolle Klebeband in die Kiste gepackt, so daß ein echtes „all in the box“ Gefühl aufkommt.

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Schwierigster Arbeitsschritt war die Ausrichtung des mitgelieferten Stencil zur Platine. Für einen Neuling gar nicht so einfach, insbesondere da Justagehilfen fehlen. Die Frage „Wie genau muss es denn sein?“ hängt sehr von der Art der verwendeten Bauteile ab. Für die mitgelieferte Musterplatine gelingt es nach einiger Zeit hinreichend gut. Ob das Verfahren auch für besonders feine Strukturen geeignet ist, bleibt abzuwarten.

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Die Lötpaste läßt sich leicht auftragen, das Stencil läßt sich abheben. ( Sch... Tesa, hätte ich mal nur auf einer Seite geklebt.) Die Anleitung sagt mir dazu nichts. Naja, die Paste ist jedenfalls drauf.

Das Stencil lege ich zur Seite für den 2. Versuch, vorher natürlich die Reste der Lötpaste entfernen, schließlich soll der Basteltisch sauber bleiben. Aber womit??? Die Bedienungsanleitung schweigt sich aus, also Papierhandtücher und einfach reiben. Die Löcher im Stencil werden sichbar kleiner, also weiter reiben.... Geht irgendwie, aber sicherlich gibt es eine einfachere Möglichkeit.

Beim Bestücken fällt mir auf, daß ich gar keine gescheite Pinzette mehr habe. Wär super wenn eine beigelegen hätte, da ich aber noch eine finde, ist alles gut.

Anmerkung : Inzwischen enthält die Bedienungsanleitung den Hinweis auf die Reinigung des Stencil mit Alkohol und es liegt eine echt tolle Pinzette bei.


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Das Öffnen der Bauelementegurte ist ein wenig schwierig. Das Finden und Einsammeln der herausgefallenen Bauelemente etwas mehr. Hoffentlich trocknet die Lötpaste in der Zeit nicht ein. (Wie lange ist die eigentlich verarbeitbar? Ein Blick in die Anleitung bringt die Entwarnung. In 16 Stunden habe ich sicherlich alles eingesammelt.) Bis auf die 603'er Gehäuse gelingt die Bestückung recht gut. Die ganz kleinen Teile stellen allerdings eine echte Herausforderung dar. Keine Ahnung, ob ich da keine Lötpaste verschmiert habe. Ein paar Bauelemente fliegen gleich wieder durch die Gegend. Eine kleine SMD Sortierbox wäre sicherlich eine gute Investition

( Anmerkung : Die Box liegt inzwischen bei ! )

Jetzt ist es soweit. Ofen ein! Nur wie???? Oberhitze? Unterhitze? Beides??? Die Anleitung hilft nicht wirklich weiter. Zum Glück sind 2 Leiterplatten beigelegt, so hat man ja einen Fehlversuch frei. Ich entscheide mich für Ober- und Unterhitze und Mittelstellung des Rostes. Die Temperatur ( 250°C ) finde ich in der Anleitung. Die Zeitschaltuhr am Ofen hilft nicht wirklich weiter, stelle ich sie eben auf 20 Minuten, wird schon reichen. Dann warten und den Temperaturindikator auf die Platine bringen. Wieviel brauche ich? Wie bekomme ich den ab? Keine Hinweise zu finden. Mit dem Tapetenmesser schneide ich ein kleines Stück ab und lege es auf die Platine.

Das Löten funktioniert. Es ist ein wenig schwierig abzuschätzen, wann der Prozeß beendet ist, der Temperaturindikator hilft aber. In einer etwas dunkleren Werkstatt würde ein beleuchteter Innenraum des Backofens sicherlich die Arbeit erleichtern. Ich behelfe mir mit einer Taschenlampe.

Die Temperaturkurve in der Anleitung nutzt mir wenig, da ich keinerlei Möglichkeit habe irgendeinen Parameter davon zu beeinflussen. Also lege ich die Platte einfach in den warmen Ofen und vergesse alles was ich über verzogene Platinen gehört habe.

Stolz entnehme ich nach wenigen Minuten meine erste SMD Platine. Es sieht ganz gut aus. Das Ergebnis macht mir Mut. Leider kann ich die Qualität meiner Arbeit nur optisch beurteilen. Toll wäre es, wenn das Ergebnis eine kleine funktionierende Schaltung wäre. ( zB. ein elektronischer Würfel, Blinker oder so.) Damit kann man gleich bei der lieben Frau prahlen. Der WAF -> Woman Aceptance Factor <- steigt dann sicherlich etwas :-), der Bastlerstolz sowieso.

... und nun ?

Die Ergebnisse sind ermutigend. Schnell die erste Platine entwerfen. Was brauche ich eigentlich jetzt? Wie komme ich an ein Stencil? Wo kommen die Daten dafür her? Was kostet das? Jetzt möchte ich mich auf Eurer Homepage informieren. Am besten vielleicht mit einem Reflow-Bastler Forum. Auf den Webseiten www.pcb-pool.de und www.laser-stencil.de kann ich die notwendigen Materialien bestellen. Insbesondere die Sache mit dem Stencil ist noch etwas gewöhnungsbedürftig, aber ich bin motiviert für mein erstes SMD Projekt.

Fazit

Das Reflow Kit ist ein interessantes Produkt für SMD – Einsteiger. Der Eindruck ist gut, in Details könnte man noch nachbessern. Das Kit macht Mut zu weiteren Experimenten mit der SMD Technik. Der Zielmarkt für das Kit werden sicherlich Hobbyelektroniker und kleine Unternehmen sein, die das Kit für Laboraufbauten benötigen.

Mit wachsender Erfahrung und Projektgröße wird sicherlich der Bedarf nach einem einstellbaren Temperaturverlauf entstehen. Es wäre schön auch dafür eine Lösung parat zu haben.

( Anmerkung : Inzwischen gibt es den Reflow Controller, der den Ofen auf einer definierten Temperaturkurve fährt, aus meiner Sicht ein unverzichtbares Zubehörteil )

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Weitere Erfahrungen

Seit unserem Test sind jetzt gut 6 Monate vergangen in denen wir die SMD Technik probiert haben. Folgende Erfahrungen haben wir gemacht :

Wirtschaftliche Betrachtungen

  • Die SMD Technik ist auch für den Bastler beherschbar. Das trifft auch für Entwicklungsabteilungen von Kleinunternehmen zu, die aus unserer Sicht in der Lage sind unter Laborbedingungen SMD Platinen zu bestücken

  • Der Umstieg von bedrahteter Technik auf SMD ist ein Technolgiesprung der gemeistert werden will ( und kann )

  • Zunächst entstehen durch die SMD Technik höhere Einstiegskosten. Diese unterscheiden sich in

  • Einstiegskosten für die Technologie ( also Anschaffung Lötwerkzeuge, Ofen, Regelung usw )

  • Einstiegskosten im Projekt ( im wesentlichen die Kosten der Maske für die Lötpaste, das Stencil )

  • Da SMD Bauelemente viel kleiner als bedrahtete Bauelement sind, sinkt die notwendige Platinenfläche für eine Schaltung. Dadurch werden die Platinen billiger. Die Kosten für das Stencil werden ganz oder teilweise amortisiert. ( Beispiel : Bei einer 50% igen Flächenreduktion, das ist durchaus realistisch, amortisiert sich das Stencil bereit bei Stückzahl 1. Bei dieser Aussage wird davon ausgegangen, daß eine 2 dm² Platine auf 1 dm² schrumpft. Sowohl Platine, als auch Stencil werden im Pool hergestellt. )

  • Der Preisvorteil durch SMD wird umso größer, je mehr Platinen eines Typs gefertig werden sollen.

  • Eine „Mischbestückung“ nach dem Motto nur die Bauteile als SMD Bauteile einzusetzen die es nicht anders gibt ist wenig sinnvoll. Damit werden die Nachteile der SMD Technik mit denen der bedrahteten Technik kombiniert. Besser ist ein „richtiger“ Umstieg, bei dem alle im SMD verfügbaren Bauteile auch als SMD Bauteile eingesetzt werden.

Praktische Tips

  • Nicht gleich mit den kleinsten Strukturen starten. Bei den allerersten Projekten macht es Sinn auf Bauelemente mit zu kleinem Rasterabstand zu verzichten.

  • Im Internet kursieren diverse Anleitungen wie sich die Lötpaste ohne Schablone aufbringen läßt. Aus unserer Sicht ist das allenthalben bei recht großen Lötpads praktikabel. Der Tip : Finger weg von Provisorien. Eine im Pool bestellte Schablone ist nicht sooo teuer, daß eine zerstörte Platine gerechtfertigt wäre.

  • Das von Beta beschriebene Verfahren der Temperaturerkennung über einen schmelzenden Temperaturindikator eignet sich wirklich nur zum Einstieg. Wir empfehlen dringend die Anschaffung des Reflow Controllers.

  • Es ist unbedingt notwendig die Schablone gut zu fixieren, sonst verwischt die Paste schon beim Auftragen.

  • Das von Beta beschriebene Verfahren die Schablone aufzukleben funktioniert nur bei größeren Strukturen zufriedenstellend. Wir habe gute Erfahrungen mit Magneten gemacht. Dazu wird neben die Platinenhalter ein Blech auf die Unterlage geklebt. Das Stencil wird mit der Lupe ausgerichtet und mit 2 Magneten auf dem Blech fixiert. Da der Edelstahl selbst nicht magnetisch ist, verrutscht das Stencil durch den Magneten nicht.

  • Lötpaste unbedingt nur 1 mal und in 1 Richtung ( vorzugsweise von den Magneten weg ) auftragen.

  • Nach dem Auftragen der Paste und Abheben des Stencils den Pastenauftrag kontrollieren. Wenn nicht alle Pads mit genügend Paste versehen wurden Platine reinigen und Pastenauftrag wiederholen. Beim nächsten Versuch auf folgende Punkte achten :

    • Befindet sich genügend Paste auf dem Stencil ?

    • Ist die Paste gleichmäßig verteilt ?

    • Wurde die Spachtel langsam (!) und gleichmäßig über das Stencil gezogen ?

  • Platinen bei denen der Pastenauftrag misslungen ist, können mit einem Küchentuch abgewischt werden. Am Besten geht das sofort nach dem Pastenauftrag. Es ist wichtig die Platine nach dem Abwischen mit Alkohol zu reinigen.

  • Nach der Reinigung sollte die Platine mit der Lupe auf Lötpastenreste zwischen den Pads kontrolliert werden.

  • Nach der Reinigung von Platine und Stencil unbedingt warten, bis der gesamte Alkohol vollständig verflogen ist. Befinden sich noch Alkoholreste auf der Platine wird die neu aufgetragene Lötpaste angelöst und verläuft. Es entsteht ein nervtötender Kreislauf aus Lot auftragen -> Lot verlaufen -> Platine reinigen .....

  • Bei der SMD Technik muss bereits beim Entwurf der Platine klar sein, welche Bauform des Bauteils zum Einsatz kommt. Widerstände und Kondensatoren gibt es in verschiedenen Baugrößen, die nachträglich nicht ohne weiteres gegeneinander ausgetauscht werden können. Es ist sinnvoll sich für 1 Bauform zu entscheiden und dann alle Bauelemente in dieser Bauform zu beschaffen.

  • Lötpaste vor der Benutzung GRÜNDLICH umrühren.

  • Lötpaste besitzt gegenüber herkömmlichem Lot eine geringe Haltbarkeitsdauer. Man sollte nicht zu große Mengen auf einmal kaufen.
Zum Abschluß noch ein Hinweis in eigener Sache :

Wir haben, mit Beta Layout eine Kooperationsvereinbarung geschlossen. Aus diesem Grund können Sie alle hier beschriebenen Werkzeuge bei uns im Shop kaufen.

Reflow Kit groß ( mit Ofen )

Reflow Kit klein ( ohne Ofen )

Reflow Controller




:



Project Files
DateiGrösseBeschreibung
ManualReflowControllerBeta.pdf2007354 BytesBedienungsanleitung für den Reflow Controller
ReflowKit.pdf1858888 BytesBedienungsanleitung für das Reflow Kit

 
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Re: SMD - Löten mit Reflow Ofen für Einsteiger und geübte .... (Punkte: 1)
von bags03 auf Mittwoch, 03.Dezember. @ 08:58:05 CET
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