Reflow-Löten gefederter SMD-Batteriekontakte (UEBK)
- Einleitung
- Werkstoffhintergrund: Warum die Temperaturbelastung der Feder begrenzt werden sollte
- Referenz: Standard-Reflow-Temperaturprofil (bleifrei, z. B. SAC305)
- Empfohlenes Reflow-Profil für gefederte SMD-Batteriekontakte
- Wichtiger Hinweis zum Schutz der Feder
- Empfehlungen zur Prozessumsetzung
- Qualitätskontrolle nach dem Reflow
- Zusammenfassung
- Fragen zu Ihrer Anwendung?
Einleitung
Die gefederten SMD-Batteriekontakte der UEBK-Serie von uwe electronic lassen sich mit handelsüblichen bleifreien Reflow-Prozessen auf der Leiterplatte verlöten. Da sich im Kontaktstift eine Präzisionsfeder aus Federstahl befindet, sollte das Reflow-Profil so gewählt werden, dass die thermische Belastung der Feder minimiert wird, ohne die Lötqualität zu beeinträchtigen. Dieser Applikationshinweis erläutert den werkstofftechnischen Hintergrund und gibt eine konkrete Profilempfehlung.
Werkstoffhintergrund: Warum die Temperaturbelastung der Feder begrenzt werden sollte
Federstähle sind je nach Legierung nur bis zu bestimmten Dauereinsatztemperaturen relaxationsarm einsetzbar, z. B. Standard-Federstahl nach EN 10270-1 (DH/SH) bis ca. 80 °C, nichtrostender Federstahl 1.4310 bis ca. 160 °C, 1.4568 bis ca. 200 °C. In der Federkontakt-Industrie hat sich für gefederte Kontaktstifte ein Grenzwert von ca. 150 °C als gängiger Richtwert für die dauerhaft unkritische Einsatztemperatur etabliert – oberhalb dieser Temperatur kann die Feder durch Relaxation (thermisch aktivierter Kriechvorgang) an Vorspannung bzw. Federkraft verlieren.
Relaxation ist ein kumulativer, temperaturaktivierter Vorgang: Sie verstärkt sich mit steigender Temperatur exponentiell, aber auch mit zunehmender Verweildauer bei ein und derselben Temperatur. Für den Reflow-Prozess bedeutet das:
- Nicht nur die Spitzentemperatur (Peak) ist relevant, sondern die gesamte Zeit, die der Kontaktstift oberhalb von ca. 150 °C verbringt – also auch Vorheiz-, Soak- und Rampenphasen, nicht nur der kurze Peak-Bereich.
- Kurze Temperaturspitzen von wenigen Sekunden werden von Federwerkstoffen erfahrungsgemäß deutlich besser toleriert als eine dauerhafte Exposition bei gleicher Temperatur. Für die konkrete Legierung Ihres Kontaktstifts empfehlen wir, die zulässige Sekunden-Exposition bei Bedarf mit dem zugehörigen Datenblatt bzw. mit unserem Technik-Team abzustimmen.
Referenz: Standard-Reflow-Temperaturprofil (bleifrei, z. B. SAC305)
Zur Einordnung zunächst ein typisches Industrie-Standardprofil für bleifreies Reflow-Löten, wie es für gemischte SMD-Bestückung üblich ist (Richtwerte nach gängiger Praxis/IPC-Empfehlungen; das tatsächliche Profil ist immer ofen- und baugruppenspezifisch zu ermitteln):
| Phase | Temperaturbereich | Dauer / Rate |
|---|---|---|
| Vorheizen (Preheat) | Raumtemperatur → ca. 150 °C | Rampe 1–3 °C/s |
| Soak-Zone | ca. 150–200 °C | 60–120 s |
| Reflow / Peak (TAL) | Peak 230–250 °C, Liquidus ab ca. 217 °C | Zeit oberhalb Liquidus (TAL): 45–90 s (je Quelle 30–90 s) |
| Abkühlen | Peak → Raumtemperatur | –2 bis –4 °C/s |
Empfohlenes Reflow-Profil für gefederte SMD-Batteriekontakte
Um die Gesamtzeit oberhalb von 150 °C gegenüber dem Standardprofil deutlich zu reduzieren, empfehlen wir für UEBK-SMD-Batteriekontakte ein „Ramp-to-Spike“-Profil ohne bzw. mit minimalem Soak-Plateau. Der Peak wird dabei nur so lange gehalten, wie für ein sicheres Aufschmelzen und Benetzen des Lotes nötig ist:
| Phase | Temperaturbereich | Dauer / Rate |
|---|---|---|
| Vorheizen (Preheat) | Raumtemperatur → ca. 140–150 °C | Rampe 1–3 °C/s (Standard) |
| Soak-Zone | entfällt bzw. minimal (kein Plateau) | wenn technisch nötig: so kurz und so kühl wie möglich, Ziel < 30–45 s |
| Reflow-Rampe auf Peak („Spike“) | 150 °C → ca. 250 °C in einem Zug | so steil wie ofenseitig möglich, kein Verweilen unterhalb des Peaks |
| Peak-Verweilzeit | ≥ 217 °C (Liquidus), Spitze ca. 250 °C | nur 2–3 Sekunden am absoluten Peak |
| Abkühlen (aktiv) | Peak → < 150 °C so schnell wie möglich | ≥ 4 °C/s, wenn möglich Zwangskühlung (Kühlzone/-luft) |
Mit diesem Profil lässt sich die Gesamtzeit oberhalb von 150 °C auf ca. 60–90 Sekunden reduzieren (statt 90–180 Sekunden im Standardprofil), während die Lötverbindung durch die kurze, gezielte Peak-Phase trotzdem sicher hergestellt wird.
Wichtiger Hinweis zum Schutz der Feder
Der Federstahl im Inneren des SMD-Kontaktstifts sollte oberhalb von ca. 150 °C nur kurzzeitig belastet werden – entscheidend ist die gesamte Zeit oberhalb 150 °C, nicht nur der Peak.
Kein langes Soak-Plateau (150–200 °C für 60–120 s) fahren – stattdessen ein Spike-Profil mit minimalem Plateau verwenden.
Peak-Verweilzeit bei ca. 250 °C auf 2–3 Sekunden begrenzen und anschließend sofort aktiv abkühlen.
Keine zusätzlichen Reflow-Durchläufe (z. B. doppeltes Reflow bei beidseitig bestückten Baugruppen) ohne Berücksichtigung der kumulierten thermischen Belastung der Feder.
Empfehlungen zur Prozessumsetzung
- Thermoprofil direkt am Bauteil messen: Thermoelement möglichst nahe am Kontaktstift platzieren, um die tatsächliche Peak-Verweilzeit und die Gesamtzeit oberhalb 150 °C zu verifizieren.
- Ofenzonenbelegung und Bandgeschwindigkeit so einstellen, dass ein durchgehender, möglichst steiler Anstieg zum Peak erfolgt, statt eines längeren Soak-Plateaus.
- Bei doppelseitig bestückten Baugruppen: Kontaktstift möglichst im zweiten (letzten) Reflow-Durchlauf bestücken bzw. Positionierung so wählen, dass die kumulierte thermische Belastung minimal bleibt.
- Ein niedriger schmelzendes Lotpasten-System (z. B. SnBi-Legierungen mit Peak ca. 180–210 °C) kann die thermische Belastung zusätzlich reduzieren, sofern es mit den übrigen Bauteilen Ihrer Baugruppe kompatibel ist.
- Vor Serienfreigabe empfehlen wir, Federkraft und Federweg an einer Musterbaugruppe vor und nach dem Reflow zu prüfen, um die Wirkung des gefahrenen Profils auf die Feder zu verifizieren.
Qualitätskontrolle nach dem Reflow
- Sichtprüfung aller Lötstellen des Kontaktstifts: glänzend, vollständig benetzt, keine kalten Lötstellen
- Keine sichtbare Verfärbung oder Verformung am Gehäuse des Kontaktstifts (Hinweis auf Überhitzung)
- Federweg und Rückstellkraft nach dem Abkühlen prüfen
Zusammenfassung
| Phase | Temperaturbereich | Dauer / Rate |
|---|---|---|
| Kritische Grenze Feder | > 150 °C | gängiger Industriestandard für Federkontakte |
| Peak-Temperatur | ca. 250 °C | für sicheres Aufschmelzen des Lotes |
| Peak-Verweilzeit | ≥ 217 °C, Spitze ca. 250 °C | 2–3 Sekunden |
| Gesamtzeit oberhalb 150 °C | 150–250 °C | Ziel ca. 60–90 s statt 90–180 s im Standardprofil |
| Abkühlung nach Peak | 250 °C → < 150 °C | sofort, ≥ 4 °C/s bzw. Zwangskühlung |
Fragen zu Ihrer Anwendung?
Unser Technik-Team unterstützt Sie gerne bei der Auslegung Ihres Reflow-Profils für UEBK-Batteriekontakte. Einen Überblick über unser Kontaktleisten-Sortiment finden Sie unter uweelectronic.de – Federkontaktleisten.
