Stickstoffgeneratoren für Elektronikfertigung und Löttechnik
Stickstoff wird in einem Elektronikwerk an mehr Stellen gebraucht als nur auf der Lötlinie. Reflow-, Wellen- und Selektivlöten brauchen eine Inertatmosphäre bei Prozesstemperatur, Kabelextrusion und Vernetzung brauchen sie stundenlang am Stück, und Montage, Test und Trockenlagerung ziehen rund um die Uhr Gas. NITROBERG® erzeugt es an Ihrem eigenen Standort aus Druckluft, in Reinheiten von 97 % bis 99,999 %.
Was Stickstoff in der Elektronikfertigung leistet
Stickstoff erfüllt in einem Elektronikwerk nicht eine Anforderung, sondern mehrere, und die treten selten gemeinsam auf. Eine Lötlinie braucht eine Inertatmosphäre bei Prozesstemperatur. Eine Vernetzungs- oder Extrusionslinie braucht sie ohne Unterbrechung. Montage, Test und Trockenlagerung brauchen ein sauberes, trockenes Spülgas bei kleinem Durchfluss, aber ohne Lücken.
Was sie verbindet, ist der Sauerstoff. Bei Prozesstemperatur greift er geschmolzenes Lot, Polymerschmelzen und blanke Metalloberflächen innerhalb von Sekunden an, und der Schaden zeigt sich später als schwache Lötstelle, als Lunker oder als verfärbte Oberfläche. Stickstoff reagiert nicht, verdrängt den Sauerstoff und lässt die Prozesschemie ihre Arbeit tun.
Ein PSA-Generator erzeugt dieses Gas aus Druckluft. Die Luft strömt durch ein Bett aus Kohlenstoffmolekularsieb, das Sauerstoff, Kohlendioxid und Restfeuchte weit schneller aufnimmt als Stickstoff; ein zweites Bett regeneriert bei niedrigerem Druck, während das erste produziert, sodass die Abgabe nicht aussetzt. Die Seite zum PSA Stickstoffgenerator behandelt das Verfahren, und der Beitrag zum Kohlenstoffmolekularsieb erklärt, warum das Sieb entscheidet, was die Maschine erreichen kann.
Löten unter Stickstoff: Reflow, Welle und Selektiv
Beim Löten unter Stickstoff fangen die meisten Elektronikwerke an, und die drei Varianten verhalten sich unterschiedlich.
Beim Reflow-Löten wird der Tunnel geflutet, und der Ofen zieht Gas, solange er heiß ist, zwischen den Baugruppen genauso wie während des Durchlaufs. Die Inertatmosphäre verbessert Benetzung und Ausbreitung, verringert die Oxidhaut auf dem geschmolzenen Lot und erweitert das Prozessfenster für rückstandsarme No-Clean-Flussmittel, die wenig Aktivator enthalten und dafür auf die Atmosphäre angewiesen sind. Bei bleifreien Legierungen und bei Fine-Pitch- oder Bottom-Terminated-Bauteilen entscheidet das oft darüber, ob die Ausbeute stabil ist oder grenzwertig.
Beim Wellenlöten sitzt die Wirkung vor allem im Tiegel. Ein inertisierter Lottiegel und eine inertisierte Welle bilden weit weniger Krätze, und die ist auf einer Wellenlötanlage der größte Einzelposten bei Lotverlust und Tiegelwartung; Lotdurchstieg und Brückenbildung verbessern sich mit. Das Selektivlöten verbraucht von den dreien am wenigsten Gas: Stickstoff an der Düse hält sie benetzt und oxidfrei, was die Qualität der Lötstellen über eine Schicht hinweg stabil hält.
Eine Kenngröße entscheidet über die Spezifikation, und das ist der Restsauerstoff. Prozessvorgaben werden als Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre angegeben, und der Sauerstoff in Ihrer Versorgung geht in dieses Budget ein. Eine Versorgung mit 99,9 % enthält 1.000 ppm und kann eine Atmosphäre von 500 ppm gar nicht halten, unabhängig davon, was der Ofen leistet. Wählen Sie die Generatorreinheit oberhalb des Zielwerts und gleichen Sie sie anschließend mit der Anlagenspezifikation ab.
Stickstoff in der Kabelfertigung
Kabelwerke nutzen Stickstoff anders als Montagelinien: in ppm gerechnet weniger, in Stunden gerechnet weit mehr.
Der größte Verbrauch ist die Vernetzung. In CV-Anlagen für peroxidvernetzte VPE-Isolierungen hält Stickstoff statt Sattdampf im Vernetzungsrohr das Wasser von der Isolierung fern, sodass die Poren, die die Dampfvernetzung hinterlässt, gar nicht erst entstehen und die fertige Ader höher belastbar ist. In Extrusion und Compoundierung überlagert Stickstoff Trichter, Trockner und Schmelzeströme, damit oxidationsempfindliche Compounds nicht schon vor dem Werkzeug abgebaut werden, und Lichtwellenleiter-Linien nutzen ihn als Schutzatmosphäre dort, wo die Primärbeschichtung aufgebracht und ausgehärtet wird.
Für die Auslegung folgt daraus zweierlei. Die Last ist gleichmäßig statt stoßweise, und genau in diesem Profil ist die Erzeugung vor Ort gegenüber geliefertem Gas am meisten wert, weil in den ruhigen Stunden keine Miete weiterläuft und über Nacht nichts verdampft. Und eine Unterbrechung hält keine Maschine an, sie macht aus allem, was gerade in der Linie ist, Ausschuss. Puffergröße und Reservestrategie gehören deshalb in die Planung und nicht in den Inbetriebnahmebericht.
So legen Sie einen Stickstoffgenerator für ein Elektronikwerk aus
Dauerlasten von stoßweisen Lasten trennen
Ein Reflow-Ofen zieht, sobald er heiß ist, und nicht nur dann, wenn Baugruppen laufen. Eine Vernetzungs- oder Extrusionslinie zieht rund um die Uhr gleichmäßig. Selektivlöten und Trockenlagerung ziehen wenig und stoßweise. Bauen Sie die Grundlast zuerst aus den dauerhaften Verbrauchern auf und rechnen Sie den Rest darauf.
Die Reinheit aus der zu haltenden Atmosphäre ableiten
Der Restsauerstoff in der Versorgung addiert sich zum Sauerstoff im Prozess, deshalb liegt die Generatorreinheit über der Konzentration, die Ihr Prozess vorgibt. Nehmen Sie den anspruchsvollsten Prozess auf der Liste und gleichen Sie ihn anschließend mit der Spezifikation der Anlage selbst ab statt mit einer Faustformel.
Direktversorgung oder Erzeugung in den Speicher
Wer einen Puffer füllt, während das Werk ruht, kann Generator und Kompressor kleiner wählen, weil Anfahrspitzen aus dem Speicher kommen und nicht aus der Maschine. Ein Betrieb rund um die Uhr nimmt diese ruhige Zeit weg und spricht für die andere Lösung. Die Entscheidung verändert die Baugröße, bevor ein Modell gewählt wird.
Prüfen, was das für die Druckluft bedeutet
Multiplizieren Sie Ihren Stickstoffdurchfluss mit dem Luftfaktor der gewählten Reinheit: 3,4 bei 99,9 %, 4,6 bei 99,99 %, 6,4 bei 99,999 %. Die Qualität zählt genauso viel wie die Menge, denn Ölschlupf und Restfeuchte verkürzen die Standzeit des Siebs. NITROBERG setzt Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g) voraus.
Auslegung für Ihre Anwendung?
Für den Anfang brauchen Sie keinen vollständigen Datensatz. Sagen Sie uns ungefähr, was Sie heute verbrauchen, und wir sagen Ihnen, ob die Erzeugung vor Ort für Ihren Betrieb einen näheren Blick wert ist. Wenn Sie Durchfluss, Reinheit und Betriebsstunden schon zur Hand haben, schicken Sie sie uns, und Sie bekommen einen Auslegungsvorschlag zurück.
Stickstoff für die Halbleiterfertigung: wo PSA passt
Halbleiterstandorte stellen diese Frage genauer als die meisten anderen Branchen, deshalb lohnt sich eine klare Antwort.
Back-End-Prozesse liegen klar im Bereich eines PSA-Generators. Die-Bonden, Drahtbonden, Verkapseln und Package-Reflow brauchen alle eine Inertatmosphäre bei Temperatur, im selben Bereich wie das Löten auf Baugruppenebene. Dasselbe gilt für Stickstoff-Trockenlagerschränke für feuchteempfindliche Bauteile, für die Spülung von Anlagengehäusen und Schleusen, für die Überlagerung von Chemikalienlagern und für den allgemeinen Betriebsstickstoff, den eine Montage- und Testlinie verbraucht. Bei 99,999 % liefert ein PSA-Generator 10 ppm Restsauerstoff, und das deckt all das ab.
Die Front-End-Waferfertigung ist eine andere Spezifikation. Prozessstickstoff ist dort Reinststickstoff mit Sauerstoff und Feuchte im ppb-Bereich, und er kommt aus der kryogenen Luftzerlegung und nicht aus der Druckwechseladsorption. Kein PSA-Generator erreicht das, unserer eingeschlossen. Sinnvoll ist deshalb das Gespräch darüber, welche Verbraucher an Ihrem Standort wirklich Gas in Fab-Qualität brauchen und welche nicht, denn Montage, Test, Packaging und Lagerung brauchen es in der Regel nicht.
Warum Elektronikwerke Stickstoff vor Ort erzeugen
Reinheit, die Sie einstellen
Der Generator wird auf die Reinheit eingestellt, die Ihr Prozess braucht, irgendwo zwischen 97 % und 99,999 %. Diese eine Einstellung entscheidet über die Druckluft dahinter, und dort sitzen die laufenden Kosten tatsächlich.
Verschleißteile aus dem Standardprogramm
Filter und Verbrauchsmaterial sind Standardware vom freien Markt. Nach dem Kauf wartet kein herstellergebundenes Ersatzteilprogramm auf Sie, und es lohnt sich, jeden Anbieter im Vergleich zu fragen, woher seine Filter kommen.
Versorgung nach Ihrem Produktionsplan
Das Gas entsteht dort, wo es gebraucht wird, und ein Pufferbehälter deckt kurze Unterbrechungen ab. Flaschenwechsel und Lieferfenster verschwinden aus einem Plan, der auch nachts läuft.
Direkter Zugang zum Engineering
Fragen zur Auslegung gehen an die Leute, die die Maschinen konstruieren, und nicht an ein Callcenter. Lieferung, Inbetriebnahme und Service kommen aus einer Hand innerhalb der BERG Group. Die Garantie läuft serienmäßig drei Jahre und mit Servicevertrag bis zu fünf Jahre.
Stickstoff vor Ort im Vergleich zu Flaschen und Flüssigversorgung
Flaschenbündel wirken günstig, weil sich die Kosten verteilen. Die Miete läuft, ob das Gas verbraucht wird oder nicht, die Anlieferung wird je Fahrt berechnet, Verträge enthalten Preisgleitklauseln, und volle wie leere Bündel brauchen Stellfläche und einen Transportweg durch ein Gebäude, in dem beides nicht umsonst ist. Der Wechsel fällt außerdem regelmäßig mitten in die Schicht. Ein Flüssigstickstofftank löst die Frage von Durchfluss und Reinheit, aber der Zähler läuft trotzdem: Die Verdampfung geht nachts und am Wochenende weiter, und wann der Tank voll ist, entscheidet ein Lieferplan, den Sie nicht in der Hand haben.
Die Erzeugung vor Ort ersetzt beides durch eine Investition und eine Stromrechnung, die Sie in den Stundensatz einrechnen können. Bei vielen der von uns gelieferten Anlagen lag die Amortisationszeit gegenüber der Versorgung mit Flüssigstickstoff bei zwei bis drei Jahren. Ob das bei Ihnen so ist, hängt von Ihrem Verbrauchsprofil und Ihrem Strompreis ab, deshalb lohnt es sich, diese Rechnung gemeinsam aufzumachen statt mit einer Faustformel zu arbeiten. Ein Punkt gehört von Anfang an in diese Rechnung: Eine höhere Reinheit vervielfacht die benötigte Druckluft, und wenn Ihr vorhandenes Netz ohnehin nah an seiner Grenze läuft, gehören Kompressor und Trockner von Anfang an zum Projekt und nicht erst in den Nachtrag.
Die NITROBERG-Baureihe reicht von 1,2 bis 1.709,1 Nm³/h, sodass dieselbe Technik eine einzelne Selektivlötzelle und ein Kabelwerk abdeckt. Wo ein Standort kein geeignetes Druckluftnetz hat, fasst die Stickstoff-Komplettanlage Generator, Drucklufterzeugung, Aufbereitung, Speicher und Steuerung in einer vormontierten Einheit zusammen, in Plug-and-Play-Konfigurationen für NITROBERG 500 bis 900. Anwendbare NITROBERG-Druckgeräte sind unter der PED 2014/68/EU im Rahmen des zertifizierten Geltungsbereichs konformitätsbewertet. Engineering und Fertigung sind Made in Germany.
FAQ: Stickstoffgeneratoren für Elektronik und Löttechnik
Das folgt aus dem Restsauerstoff, den Ihr Prozess halten muss, und die Reinheit der Versorgung muss darüber liegen. Der Sauerstoff im zugeführten Gas zählt in die Atmosphäre im Ofen hinein: 99,9 % enthält 1.000 ppm, 99,99 % enthält 100 ppm und 99,999 % enthält 10 ppm. NITROBERG®-Generatoren werden über diesen ganzen Bereich konfiguriert, die Reinheit ist also eine Auslegungsentscheidung und keine feste Eigenschaft der Maschine. Gleichen Sie den Zielwert mit der Spezifikation des Ofens oder der Selektivanlage ab, die Sie betreiben.
Beim Reflow verbessert er Benetzung und Ausbreitung, verringert die Oxidhaut auf dem geschmolzenen Lot und erweitert das Prozessfenster für rückstandsarme No-Clean-Flussmittel, die wenig Aktivator mitbringen und stattdessen auf die Atmosphäre angewiesen sind. Am stärksten wiegt das bei bleifreien Legierungen und bei Fine-Pitch- oder Bottom-Terminated-Bauteilen. Beim Wellenlöten ist die Hauptwirkung die Krätze: Ein inertisierter Tiegel und eine inertisierte Welle bilden deutlich weniger davon, was Lotverlust und Tiegelwartung senkt, und Lotdurchstieg und Brückenbildung verbessern sich mit.
Nehmen Sie den Wert vom Ofenhersteller und nicht aus einer Faustformel, denn der Verbrauch folgt der Tunnellänge, der Größe von Ein- und Auslauföffnung und der Inertisierung der Ein- und Auslaufzonen und nicht der Zahl der Baugruppen, die Sie fahren. Für die Auslegung zählt, dass der Bedarf durchgehend besteht, solange der Ofen heiß ist, Pausen zwischen den Losen eingeschlossen. Er gehört damit in die Grundlast und nicht in die Spitze.
Meistens ja, und in einem Werk mit Löten, Vernetzung und Trockenlagerung ist das der Normalfall. Zwei Bedingungen entscheiden darüber. Ein Generator arbeitet auf einem Reinheitsniveau, also setzt der anspruchsvollste Prozess die Reinheit, und jeder andere Verbraucher läuft auf diesem Niveau und bezahlt die Druckluft dafür mit. Und die Kapazität muss die Verbraucher abdecken, die tatsächlich gleichzeitig laufen, plus Reserve für die nächste Linie. Wo ein Prozess eine weit höhere Reinheit braucht als der Rest, ist eine eigene Versorgung dafür oft günstiger, als alles anzuheben.
Für Montage, Test und Packaging ja. Die-Bonden, Drahtbonden, Verkapseln, Package-Reflow, Trockenlagerung unter Stickstoff, Spülung von Anlagen und Schleusen sowie allgemeiner Betriebsstickstoff liegen alle im Bereich, den ein PSA-Generator liefert, und 99,999 % entspricht 10 ppm Restsauerstoff. Die Front-End-Waferfertigung ist eine andere Spezifikation: Prozessstickstoff ist dort Reinststickstoff mit Sauerstoff und Feuchte im ppb-Bereich, und der kommt aus der kryogenen Luftzerlegung und nicht aus der PSA.
Der größte Verbrauch ist die Vernetzung. In CV-Anlagen für peroxidvernetzte VPE-Isolierungen hält Stickstoff statt Sattdampf im Vernetzungsrohr das Wasser von der Isolierung fern, sodass die Poren der Dampfvernetzung gar nicht erst entstehen. Darüber hinaus überlagert Stickstoff Trichter, Trockner und Schmelzeströme in Extrusion und Compoundierung, damit oxidationsempfindliche Compounds nicht vor dem Werkzeug abgebaut werden, und er schützt die Beschichtung von Lichtwellenleitern, während sie aufgebracht und ausgehärtet wird.
Der Stickstoffbehälter hält einen Puffer bereit, der kurze Unterbrechungen abdeckt und Ihnen Zeit zum Reagieren gibt. Wie viel Puffer sich lohnt, hängt davon ab, was eine Unterbrechung kostet: Eine Lötlinie lässt sich meist halten, während eine kontinuierliche Vernetzungs- oder Extrusionslinie alles zu Ausschuss macht, was in ihr steckt. Puffergröße und Reservestrategie werden deshalb gemeinsam mit dem Anlagenkonzept und den an Ihrem Standort geltenden Anforderungen festgelegt.