DP 5505

Name: DP 5505
Brand: Interflux Electronics
SKU: DP-5505

bleifreie Lotpaste

beliebt

Interflux^® DP 5505 ist unsere vielseitige, hochstabile, No-clean Lotpaste für bleifreie und SnPb(Ag)-Legierungen.

Geeignet für

Das Reflowlöten ist das am häufigsten verwendete Lötverfahren in der Elektronikfertigung. Hauptsächlich SMD-Bauteile (Surface Mount Device), aber auch einige durchkontaktierte Bauteile werden in einem Reflowofen mit einer Lotpaste auf eine Leiterplatte (PCB) gelötet. Der Reflowofen ist in der Regel ein Konvektionssofen, aber auch Dampfphasen- und IR-Öfen sind möglich. Der erste Schritt des Prozesses ist das Auftragen von Lotpaste auf die Pads der Leiterplatte oder im Falle von Durchkontaktierten Bauteilen in die Durchkontaktierung. Das letzte wird als 'Pin-in-Paste' (PiP) oder 'Intrusive Reflow' bezeichnet. Die meist verwendete Auftragsmethode ist der Schablonendruck, aber auch Dosieren (Dispensen) und Lotpasten-Jetten sind möglich. Je nach Auftragsmethode hat die Lotpaste eine andere Konsistenz und wird in einer anderen Verpackung geliefert. Lotpaste ist eine Mischung aus Lotpulver und einem Gel-Flussmittel. Die Konsistenz der Paste hängt von der Art des Flussmittelgels und des Pulvertyps ab und davon, in welchem Verhältnis sie gemischt werden. Das Lotpulver besteht aus einer bestimmten Lotlegierung und hat eine bestimmte Korngröße (Verteilung). Eine feinere Körnung wird für Bauteilen mit kleinerem Pitch (Abstand zwischen den Anschlüssen) und kleinere Schablonenöffnungen verwendet. Auch beim Dispensen und noch mehr beim Jetten sind feinere Körnungen erforderlich. Das Flussmittelgel enthält Substanzen zur desoxidation der zu lötenden Oberflächen. Es enthält auch Substanzen, die die Konsistenz und das Verhalten der Lotpaste im Prozess zum großten Teil bestimmen. Beim Schablonendruck von Lotpaste ist ein wichtiger Parameter, dass die Lotpaste ihre Druckeigenschaften während der Zeit, in der sie sich auf der Schablone befindet, behält. Dies wird oft als die Stabilität der Lotpaste bezeichnet. Die Stabilität der Lotpaste ist schwer zu quantifizieren, kann aber anhand der Schablonenstandzeit, die man im technischen Datenblatt findet, geschätzt werden. Nach dem Auftragen der Lotpaste werden die SMD-Bauteile mit ihren lötbaren Anschlüssen auf die Lotpaste bestückt. In den meisten Fällen wird dies mit einer Bestückungsmaschine (Pick-and-Place-Maschine) durchgeführt. Die Lötpaste muss genügend Haftkraft haben, um die Bauteile bis zum Löten an ihrem Platz zu halten. Ein Förderband transportiert die Leiterplatte durch einen Reflowofen, wo die Leiterplatte einem Reflowprofil unterzogen wird. Dieses Profil wird durch die Temperatureinstellungen der verschiedenen Konvektionszonen erzeugt. Diese sind normalerweise sowohl von oben als auch von unten angeordnet. Neben den Temperatureinstellungen kann in einigen Fällen auch die Konvektionsrate der Zonen programmiert werden, um eine bessere oder geringere Wärmeübertragung zu erreichen oder wenn einige hohen Bauteilen zu viel Kraft durch die Konvektion empfinden. Ziel ist es, alle Bauteile auf die Löttemperatur, die durch die verwendete Lotlegierung bestimmt wird, zu bringen, ohne dass temperaturempfindliche Bauteilen beschädigt oder überhitzt werden. Dies kann bei Baugruppen mit einer großen Vielfalt an großen und kleinen Bauteilen oder einer ungleichmäßigen Cu-Verteilung auf der Leiterplatte eine Herausforderung sein. In dieser Hinsicht begrenzt eine niedrigschmelzende Lotlegierung das Risiko einer Beschädigung oder Vorschädigung von Bauteilen und Leiterplatten erheblich. Die Geschwindigkeit des Förderbandes bestimmt die Zeit des Profils und den Durchsatz des Ofens. In den meisten Fällen wird der Durchsatz jedoch durch den Bestückungsprozess begrenzt. Nicht alle elektronischen Bauteile sind für das Reflowlöten geeignet. Einige aufgrund ihrer thermischen Masse wie z.B. große Transformer oder andere aufgrund ihrer thermischen Empfindlichkeit wie z.B. einige Displays, Stecker, Relais, Sicherungen,... Diese Bauteilen sind in der Regel als Durchkontaktierte Bauteilen erhältlich und werden in anderen Verfahren wie Selektivlöten, Wellenlöten, Handlöten, Roboterlöten, Laserlöten,... gelötet.
Der Schablonendruck ist die am häufigsten verwendete Methode zum Auftragen von Lotpaste auf die Pads einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) in der SMT-Fertigungslinie (Surface Mount Technology) in der Elektronikfertigung. Nach dem Schablonendruck werden die SMD-Bauteile (Surface Mount Device) mit ihren lötbaren Anschlüssen auf die Lotpaste bestückt und die Leiterplatte wird durch einen Reflowofen transportiert, wo die Bauteile mit der Leiterplatte verlötet werden. Der Schablonendruck kann auch zum Auftragen von Lotpaste in Durchkontaktierungen für die 'Pin-in-Paste'- Technologie (PiP, Intrusive Reflow) verwendet werden, wo durchkontaktierte Bauteile im Reflowlötverfahren gelötet werden. Der Schablonendruck kann auch verwendet werden, um SMT-Kleber auf die Leiterplatte aufzutragen. Die SMD-Bauteile werden mit ihrem Körper auf den Kleber gelegt, der in einem Reflowofen ausgehärtet wird. Danach werden die auf die Leiterplatte geklebten SMD-Bauteile in einem Wellenlötverfahren gelötet. Die Leiterplatte wird gegen eine Schablone gedruckt, die mit Öffnungen versehen ist, in die die Lotpaste gerakelt werden muss. Auf der Schablone befindet sich ein Volumen an Lotpaste. Ein Rakel wird mit einem bestimmten Druck auf die Schablone gesenkt. Die Rakel bewegt sich mit einer bestimmten Druckgeschwindigkeit über die Schablone. Dadurch rollt die Lotpaste in die Öffnungen. Die Druckgeschwindigkeit kann durch den gewünschten Durchsatz bestimmt werden was typisch ist Fertigungen mit hohem Durchsatz, aber sie kann auch durch die verwendete Lotpaste begrenzt werden. Diese Geschwindigkeit kann von 20-150 mm/s variieren. Sobald die gewünschte Geschwindigkeit festgelegt ist, muss ein Rakeldruck für diese Druckgeschwindigkeit bestimmt werden. Höhere Geschwindigkeiten erfordern höhere Rakeldrücke. Der richtige Druck ist der Mindestdruck, der erforderlich ist, um nach dem Druck eine saubere Schablone zu erhalten, d.h. alle überschüssige Lotpaste wurde durch den Rakel entfernt. Die Leiterplatte wird vertikal von der Schablone wegbewegt, die Lotpaste löst sich von der Schablone und die Pads der Leiterplatte haben Lotpastendepots. Ziel ist es, ein gut definiertes Druckergebnis zu erzielen, bei dem sich die gesamte Lotpaste von der Schablone gelöst hat und keine Lotpaste zwischen Schablone und Leiterplatte gepresst wurde. Das Ablösen der Lotpaste ist bei kleineren Öffnungen und dickeren Schablonen selbstverständlich schwieriger. Einige Designregeln besagen, dass das Verhältnis zwischen der Oberfläche der Öffnung und der Oberfläche der Seiten ('Wände') der Öffnung vorzugsweise nicht kleiner als 0,6 sein sollte. Die Qualität der Schablone ist ein wichtiger Parameter für eine gute Pastenauslösung. An rauen Seiten haftet die Lotpaste eher. Es gibt verschiedene Arten von Schablonen. Die beliebteste ist die Edelstahlschablone mit lasergeschnittenen Öffnungen, die anschließend durch einen chemischen Prozess geglättet werden. Manchmal werden sie mit einer Beschichtung behandelt, damit die Paste besser auslöst. Die Hauptgründe für das Lotpaste zwischen Schablone und Leiterplatte gedruckt wird sind eine schlechte Abdichtung zwischen Leiterplatee und Schablone oder ein zu hoher Druck für die verwendete Druckgeschwindigkeit. Dies kann nach dem Reflow zu Lötperlen oder Brückenbildung führen. Einige Druckmaschinen verfügen über eine automatische Schablonenunterseitenreinigungseinheit die so programmiert werden kann, dass sie die Schablone nach einer bestimmten Anzahl von Drucken reinigt. Dadurch wird ein stabiles Druckergebnis erzielt. Es ist ratsam, in diesen Geräten keine Reinigungsflüssigkeiten auf IPA- oder Wasserbasis zu verwenden, da sie die Stabilität der Lotpaste beeinträchtigen können. Die Verwendung von Produkten, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden, ist ratsam. Die Stabilität der Lotpaste auf der Schablone, d.h. wie gut die Lotpaste ihre Druckeigenschaften im Laufe der Zeit behält, ist ebenfalls ein Parameter für einen stabilen Druckprozess. Einige Druckmaschinen verfügen über eine integrierte AOI (Automatische Optische Inspektion), die das Druckergebnis überprüft und einen Alarm auslöst, wenn es von den programmierten Sollwerten abweicht. Auf diese Weise wird vermieden, dass elektronische Geräte mit Lötstellen produziert werden, die nicht dem guten Standard entsprechen.
Dosieren (Dispensen) ist eine Technologie, die in der Elektronikfertigung verwendet wird, um Lotpaste (oder einen Klebstoff) aus einer Spritze auf eine Leiterplatte (PCB) aufzutragen. Dispensen ist eine flexiblere Methode zum Auftragen von Lotpaste als der Standard-Schablonendruck, da es das selektive Auftragen von Lotpaste auf einer Oberfläche mit vormontierten Bauteilen ermöglicht. Das Dispensen ist jedoch ein viel langsamerer Prozess als der Schablonendruck und eignet sich nicht für große Produktionsmengen. Deshalb wird es vor allem zum Auftragen von zusätzlicher Lotpaste in einer SMT-Fertigungsstraße (Surface Mount Technology) verwendet, aber auch für Nacharbeit und Reparatur sowie beim Prototyping. Die Dosierung kann manuell oder automatisch erfolgen. Bei Nacharbeit und Reparatur erfolgt dies in der Regel manuell mit einem System, das den Stößel der Spritze mit Druckluft beaufschlagt und die Lotpaste durch eine Nadel herausdrückt. Es kann aber auch von Hand mit einer Spritze mit manuellen Stößel durchgeführt werden. Bei automatisierten Prozessen, wie z.B. in einem eigenständigen Dosieranlage in einer SMT-Fertigungsstraße oder in einem Dispenser der in einem Schablonendrucker eingebaut ist , gibt es zwei Hauptsysteme, um die Lotpaste aus der Spritze zu drücken: Luftdruck und die Archimedes-Schraube. Luftdrucksysteme sind in der Regel preiswerter, aber die volumetrische Stabilität der Lotpastendepots ist etwas schwieriger zu kontrollieren, insbesondere wenn die Spritze fast leer ist und ein größeres Volumen an Druckluft in Kombination mit weniger Material in der Spritze vorhanden ist, das durch diesen Luftdruck bewegt werden muss. Systeme mit der Archimedes-Schraube sind in der Regel stabiler und schneller. Je nach Qualität der Lotpaste können sie jedoch empfindlich sein an einige sehr feine Partikel der Lotpaste, die zwischen der Archimedes-Schraube und den Seitenwänden eingeklemmt werden können, und die Nadel, aus der die Lotpaste austritt, blockieren können. Je kleiner und länger die Nadel ist, desto höher ist das Risiko einer Nadelblockierung. Die Nadelgröße wird entsprechend der Größe des gewünschten Lotdepots gewählt. Die Korngröße der Lotpaste wird entsprechend dieser Nadelgröße gewählt. Im Allgemeinen kann eine Typ 3 Lotpaste für Nadeln mit einem Innendurchmesser von größer als und bis zu 0,5 mm verwendet werden, eine Typ 4 Lotpaste für Nadeln mit einem Innendurchmesser von bis zu 0,25 mm, eine Typ 5 Lotpaste für Nadeln mit einem Innendurchmesser von bis zu 0,15 mm. Die Dosierleistung einer Lotpaste kann sich von einer zum anderen in Bezug auf die volumetrische Stabilität und die Empfindlichkeit gegenüber Nadelblockierung unterscheiden. Wenn eine Spritze mit Lotpaste zu lange, zu warm oder zu kalt gelagert wurde, kann sich dies ebenfalls auf die Dosierleistung auswirken. Wie stark sich Zeit und Temperatur auf die Dosierleistung auswirken, kann auch von einer Lotpaste zur anderen variieren. Lotpaste zum Dosieren kann in verschiedenen Arten von Spritzen erhältlich sein, abhängig von der Maschine für die sie benötigt wird. Die Spritzen können auch mit verschiedenen Arten von Stößeln erhältlich sein, die von der Viskosität der zu dosierenden Lotpaste abhängen. Die Standardgrößen für Spritzen sind 5CC, 10CC und 30CC.
Bleifreies Löten
Bleihaltiges Löten

Die wichtigsten Vorteile

Lange Schablonenstandzeit, hohe Stabilität
Hohe Druckgeschwindigkeiten
Voids(Lunker) sind Lufteinschlüsse in Lötstellen. Die beim Löten entstehenden Gase finden nicht ihren Weg aus der flüssigen Lötlegierung und werden beim Erstarren eingeschlossen. Sie treten typischerweise bei Bauteilen auf, bei denen die Lötstelle oder ein großer Teil davon vom Körper des Bauteils bedeckt ist, wie z.B. BGAs, LGAs, QFNs, LEDs,... Voids werden in der Regel mit Röntgengeräten detektiert. Voids sind bei bleifreien Sn(Ag)Cu-Lötlegierungen stärker ausgeprägt. Die Voidrate liegt in der Regel zwischen 20-30%, kann aber auch bis zu 50% betragen. Dies kann zu einer schlechteren elektrischen und thermischen Leitfähigkeit führen, was je nach Anwendung zu Ausfällen führen kann. Auch die mechanische Festigkeit der Lötstelle kann durch diese Hohlräume beeinträchtigt werden. Dies kann bei Anwendungen problematisch sein, die in der Praxis (thermo-)mechanischen Kräften ausgesetzt sind, wie z.B. Vibrationen, mechanischen Schocks, Temperaturschwankungen, Temperaturschocks... Die Zahl der Lunker kann auch von der Art der verwendeten Lotpaste und dem Lötprofil abhängen. Lotlegierungen mit niedrigem Schmelzpunkt wie LMPA-Q haben in der Regel eine Voidrate von unter 10%. In der Praxis kann die Zahl der Lunker z.B. reduziert werden durch die Verwendung einer Reflowanlage mit Vakuumkammer, durch die Anpassung des Lötprofils (ein Sattelprofil wird oft einem Rampenprofil vorgezogen), durch die Wahl der richtigen Lotpaste, durch die Anpassung des Schablonendesigns für den Lotpastendruck oder durch die Änderung der Leiterplattenbeschichtung .
Reduzierte Kopf-in-Kissen-Fehler (Head-in-Pillow, HiP)
Absolut halogenfreie Lötchemie enthält weder absichtlich hinzugefügte Halogene noch Halogenide. Die IPC-Klassifizierung erlaubt bis zu 500 ppm Halogene für die niedrigste 'L0'-Klassifizierung. Flussmittel, Lotpasten und Lötdrähte aus dieser Klasse werden oft als 'halogenfrei' bezeichnet. Absolut halogenfreie Lötchemie geht noch einen Schritt weiter und enthält diese 'erlaubte' Menge an Halogenen nicht. Insbesondere in Kombination mit bleifreien Lotlegierungen und bei empfindlichen elektronischen Anwendungen gibt es Berichte dass diese geringen Mengen an Halogenen zu Zuverlässigkeitsproblemen wie z.B. zu hohen Leckströmen geführt haben. Halogene sind Elemente aus dem Periodensystem wie Cl, Br, F und I. Sie haben die physikalische Eigenschaft, dass sie gerne reagieren. Das ist aus Sicht der Lötchemie sehr interessant, denn sie soll Oxide von den zu lötenden Oberflächen entfernen. Und in der Tat erfüllen Halogene diese Aufgabe sehr gut. Selbst schwer zu reinigende Oberflächen wie Messing, Zn, Ni,... oder stark oxidierte Oberflächen oder degradiertes I-Sn und OSP (Organische Schutzschicht) können mit Hilfe von halogenhaltigen Flussmitteln gelötet werden. Halogene bieten ein großes Prozessfenster für die Lötbarkeit. Das Problem ist jedoch, dass die Rückstände und Reaktionsprodukte von halogenhaltigen Flussmitteln für elektronische Schaltungen problematisch sein können. Sie haben in der Regel eine hohe Hygroskopizität und eine hohe Wasserlöslichkeit und bergen ein erhöhtes Risiko für Elektromigration und hohe Leckströme. Dies bedeutet ein hohes Risiko für Fehlfunktionen der elektronischen Schaltungen. Speziell bei bleifreien Lötlegierungen häufen sich die Berichte, dass selbst kleinste Mengen an Halogenen für empfindliche elektronische Anwendungen problematisch sein können. Bei empfindlichen elektronischen Anwendungen handelt es sich in der Regel um hochohmige Schaltungen, Messschaltungen, Hochfrequenzschaltungen, Sensoren,... Deshalb geht die Tendenz dahin, in der Elektronikfertigung von Halogenen in der Lötchemie wegzukommen. Wenn die Lötbarkeit der zu lötenden Oberflächen von Bauteilen und Leiterplatte normal ist, besteht im Allgemeinen keine Notwendigkeit für diese Halogene. Intelligent konzipierte, absolut halogenfreie Lötprodukte bieten ein ausreichend großes Prozessfenster, um die Oberflächen zu reinigen und ein gutes Lötergebnis zu erzielen, und dies in Kombination mit hoch zuverlässigen Rückständen.
Rosin auch bekannt als Kolophonium, ist ein Naturprodukt, das von Bäumen stammt. Es gibt viele Arten von Kolophonium mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften, aber einige allgemeine Eigenschaften gelten. Als Teil der Lötchemie, so wie Flussmittel, Lotpasten und Lötdrähte, bietet Kolophonium im Allgemeinen ein großes Prozessfenster im Lötprozess. Das bedeutet, dass es generell längere Zeiten und höhere Temperaturen aushalten kann als z.B. ein Kunstharz. Ein Vorteil des Kolophoniums in einem flüssigen Flussmittel ist, dass es im Allgemeinen dazu neigt, nach dem Wellen- oder Selektivlöten weniger Lötperlen auf der Lötstoppmaske zu hinterlassen. Außerdem bietet der Kolophoniumrückstand einen gewissen Schutz gegen atmosphärische Feuchtigkeit. Dies kann eine zusätzliche Chance bieten, klimatische Zuverlässigkeitstests zu bestehen. Diese Schutzwirkung nimmt jedoch mit der Zeit ab. Andererseits kann Kolophonium in einem flüssigen Lötflussmittel auch einige Nachteile haben. Es erhöht das Risiko, dass die Sprüh- oder Jet-Düsen von Wellen- und Selektivlötmaschinen verstopfen. Die Rückstände, die in der Maschine und auf den Lötrahmen zurückbleiben, sind recht schwer zu entfernen. Rückstände auf der Leiterplatte können den elektrischen Pintest (ICT, In Circuit Testing) beeinträchtigen und Kontaktprobleme verursachen, was zu einer falschen Messwert/falsche Fehlern führen kann. In einigen Fällen kann dies zu einer Behinderung des Produktionsflusses führen. Wenn ein Teil des Sprühnebels des kolophoniumhaltigen Flussmittels versehentlich auf die Kontakte eines Steckers, eines Schalters/Relais/Kontaktors mit teilweise offenem Gehäuse oder auf Kohlenstoffkontakte oder auf einem Kontaktpatron auf der Leiterplatte gelangt, kann dies ebenfalls zu Kontaktproblemen führen. Kolophoniumrückstände sind im Allgemeinen schlecht mit Schutzlacken kompatibel. Nach thermischen Zyklen kann der Schutzlack Risse aufweisen, in die atmosphärische Feuchtigkeit eindringen und kondensieren kann. In Anbetracht der obigen Ausführungen und unter Abwägung der Vorteile von Kolophonium in flüssigen Lötflussmitteln gegenüber den Nachteilen, gibt es eine anhaltende Tendenz, flüssige Flussmittel ohne Kolophonium zu verwenden. Die als 'OR' klassifizierten Flussmittel enthalten kein Kolophonium. Kolophonium wird sehr häufig in Lötdrähten verwendet, da es ein breites Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur bietet. Der Nachteil ist, dass Kolophonium dazu neigt, sich mit der Temperatur zu verfärben und visuell starke Rückstände zu hinterlassen. Wenn der Lötdraht für die Nacharbeit von elektronischen Leiterplatten verwendet wird, sind diese Rückstände für einige Elektronikhersteller nicht erwünscht, da sie nicht möchten, dass ihre Kunden sehen, dass eine Leiterplatte nachbearbeitet wurde. Die Reinigung dieser Kolophoniumrückstände erfordert spezielle Reinigungsmittel und ist ein zeitaufwendiger Prozess. In diesem Fall können sich die Hersteller für einen RE-klassifizierten Lötdraht wie IF 14 entscheiden. Die Rückstände sind minimal und können mit einer trockenen Bürste weggebürstet werden. Kolophonium wird auch in Lötpasten verwendet. Es bietet nicht nur ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur, sondern sorgt auch für eine gute Stabilität der Lotpaste auf der Schablone. Dies ermöglicht einen stabilen Druckprozess und damit stabile Lötergebnisse und Fehlerquoten. Die Verfärbung des Kolophoniums beim Reflowlöten ist nicht so ausgeprägt wie bei einem Lötdraht, da die Temperaturen beim Reflowlöten niedriger sind als beim Handlöten. Dennoch sind die Kolophoniumrückstände schlecht mit dem Schutzlack kompatibel und können mit der Zeit nach thermischen Zyklen Risse oder Ablösungen des Schutzlackes zeigen. Obwohl die meisten Hersteller den Schutzlack über die Lotpastenreste auftragen, ist es für optimale Ergebnisse ratsam, die Lotpastenrückstände zu entfernen. Angesichts der oben beschriebenen Vorteile von Kolophonium enthalten die meisten Lotpasten Kolophonium.
Wenn ein Lötmittel mit No-clean gekennzeichnet ist, bedeutet dies, dass das Lötprodukt Zuverlässigkeitstests wie einen Oberflächenwiderstandstest (SIR-Test) oder einen elektro(chemischen)migrationstest bestanden hat. Diese Tests dienen dazu, die hygroskopischen Eigenschaften der Rückstände des Lötmittels unter erhöhter Temperatur und hoher relativer Feuchtigkeit zu testen. No-clean ist ein Hinweis darauf, dass die Rückstände nach dem Lötprozess auf dem elektronischen Gerät verbleiben können, ohne gereinigt zu werden. Dies gilt für die weitaus meisten elektronischen Anwendungen. Bei sehr empfindlichen elektronischen Anwendungen, d.h. bei elektronischen Schaltkreisen mit hohem Widerstand, Hochfrequenzschaltkreisen usw., ist es möglich, dass eine Reinigung des elektronischen Geräts erforderlich ist. Es liegt immer in der Verantwortung des Elektronikherstellers, zu beurteilen, ob eine Reinigung notwendig ist oder nicht.
Bleifreie Legierungen sind Lotlegierungen ohne Pb, die für die Verbindung von elektronischen Bauteilen mit Leiterplatten in der Elektronikfertigung verwendet werden. Im Jahr 2006 schränkte der Gesetzgeber die Verwendung von Blei (Pb) ein, da die Gefahr bestand, dass Altgeräte auf Deponien das Grundwasser verschmutzen und Pb in das Ökosystem gelangen würde. Wenn Pb vom menschlichen Körper aufgenommen wird, kann es nur sehr schwer entfernt werden, und es ist bekannt, dass es alle möglichen (langfristigen) Gesundheitsprobleme verursacht. Im Jahr 2006 wurde die Verwendung von Blei (Pb) per Gesetz eingeschränkt. Aus diesem Grund war die Industrie gezwungen, nach Alternativen ohne Pb zu suchen. Letztendlich hat sich die Industrie auf Lotlegierungen auf Sn(Ag)Cu-Basis festgelegt. Diese Legierungen boten eine akzeptable Verwendbarkeit in den bestehenden Lötprozessen in Kombination mit einer ausreichenden mechanischen Zuverlässigkeit der Lötstellen und guten thermischen und elektrischen Eigenschaften. Der Hauptnachteil der Sn(Ag)Cu-Legierungen ist ihr recht hoher Schmelzpunkt (oder Schmelzbereich), der zu ziemlich hohen Arbeitstemperaturen führt. Dies führt bei den Lötprozessen zu thermomechanischen Spannungen auf der elektronischen Baugruppe, die zu einer Beschädigung oder Vorschädigung einiger temperaturempfindlicher Leiterplattenmaterialien und Bauteilen führen können. Typische Löttemperaturen beim Wellenlöten sind 250-280°C, beim Selektivlöten 260-330°C und gemessene Peak-Temperaturen beim Reflowlöten 235-250°C. Die beliebteste Legierung ist die Sn96,5Ag3Cu0,5-Legierung mit einer Schmelztemperatur um 217°C, die oft als SAC305 bezeichnet wird. Andere Versionen sind SnAg4Cu0,5, SnAg3,8Cu0,7, SnAg3,9Cu0,6,... Die Unterschiede im Schmelzpunkt zwischen diesen Legierungen und die Unterschiede in Bezug auf die mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften sind für die meisten elektronischen Anwendungen und Lötprozesse nicht von Bedeutung. Aus Kostengründen wird die Legierung mit dem niedrigsten Ag-Gehalt bevorzugt und das ist SAC 305. Ebenfalls aus Kostengründen gibt es einen Trend zu SnAgCu-Legierungen mit niedrigem Ag-Gehalt, wie z.B. Sn99Ag0,3Cu0,7, Sn98,5Ag0,8Cu0,7,..., die oft als 'Low SAC'-Legierungen bezeichnet werden. Diese Legierungen haben einen Schmelzbereich zwischen 217°-227°C. Dies erfordert in den meisten Fällen höhere Arbeitstemperaturen bei den Lötprozessen von bis zu 10°C, was bei einigen temperaturempfindlichen Bauteilen von Bedeutung sein kann. Die mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften der sogennaten Low SAC-Legierungen unterscheiden sich etwas stärker von denen der Standard SAC-Legierungen. Generell haben sie eine geringere Temperaturzyklusbeständigkeit (Ermüdungsfestigkeit), aber für die meisten elektronischen Anwendungen ist dies nicht von Bedeutung. Die erforderliche um 10°C höhere Arbeitstemperatur ist jedoch beim Reflowlöten oft ein Problem, da die meisten elektronischen Geräte eine oder mehrere temperaturempfindliche Bauteile haben. Außerdem sind SMD-Lötstellen (Surface Mount Device) im Allgemeinen schwächer als durchkontaktierte Lötstellen. Auch haben SAC-Legierungen im Allgemeinen eine eher weniger gute Temperaturwechselbeständigkeit, insbesondere bei dünnen Lötstellen. In Anbetracht all dieser Faktoren fällt die Wahl in den meisten Fällen auf die Standard-SAC-Legierungen und nicht auf die Niedrig-SAC-Legierungen für das Reflowlöten. Beim Wellenlöten sieht die Sache ein wenig anders aus. Das Wellenlötbad mit einer bleifreien Lötlegierung erzeugt aufgrund seiner hohen Arbeitstemperatur ziemlich viele Oxide. Aus diesem Grund haben sich viele Hersteller für Maschinen mit geschlossenem Stickstoffatmospäre entschieden. Dies erfordert jedoch Investitionen in die Infrastruktur, die nicht jeder Hersteller bereit oder in der Lage ist, zu tun. Die entstehenden Oxide werden in der Regel an den Hersteller der Lotlegierung zurückverkauft und dort recycelt. Die Gesamtkosten für den Elektronikhersteller sind ziemlich hoch, vor allem bei den Lotlegierungen mit hohem Ag-Gehalt wie SAC305. Deshalb gibt es eine Tendenz zur Verwendung von Low SAC- und sogar SnCu-Legierungen (ohne Ag). Auch hier erfordert der höhere Schmelzpunkt eine Erhöhung der Betriebstemperatur, um einen akzeptablen Durchtieh in die Durchkontaktierungen zu erreichen. Da in den meisten Fällen die Wärme von der Unterseite und den Anschlüssen der Bauteilen zugeführt wird, leiden die temperaturempfindlichen Bauteilen auf der Oberseite der Platine im Allgemeinen nicht allzu sehr darunter. In Bezug auf die mechanische Zuverlässigkeit der Low SAC- und SnCu-Legierung ist dies weniger ein Problem, da durchkontaktierte Lötverbindungen im Allgemeinen viel stärker sind als SMD-Verbindungen. Wenn (geklebte) SMD-Komponenten auf der Unterseite der Leiterplatte wellengelötet werden, kann dies anders sein. Auch wenn thermisch schwere Anwendungen gelötet werden müssen, können die höheren Schmelzpunkte ein Problem mit einem guten Durchstieg in die Durchkontaktierungen darstellen. Es sind Fälle bekannt, in denen die Arbeitstemperatur so stark erhöht werden musste, dass das Leiterplattenmaterial und einige Bauteile auf der Oberseite beschädigt wurden. In solchen Fällen ist eine niedrigschmelzende Lotlegierung eine gute Lösung. Niedrigschmelzende Legierungen auf SnBi-Basis wurden bei der Umstellung von Pb-haltigen auf Pb-freie Legierungen wegen ihrer Unverträglichkeit mit Pb nie als brauchbare Alternative angesehen. In der Übergangsphase, als noch viele Bauteilen und Leiterplattenmaterialien Pb enthielten, war es unmöglich, sie zu verwenden. Seit ein paar Jahren beginnt die Industrie jedoch, die niedrigschmelzenden Legierungen wieder in Betracht zu ziehen, da sie viele Vorteile haben und das Risiko einer Pb-Kontamination extrem gering geworden ist. Eine niedrigschmelzende Lotlegierung wie z.B. LMPA-Q erfordert viel niedrigere Betriebstemperaturen als die standardmäßigen bleifreien Lotlegierungen. Beim Reflowlöten ist eine Spitzentemperatur von 190°C-210°C erforderlich, beim Wellenlöten beträgt die Badtemperatur typischerweise 220°C-230°C und beim Selektivlöten liegt die Arbeitstemperatur typischerweise bei 240°C-250°C. Dadurch wird das Risiko der Beschädigung temperaturempfindlicher Bauteilen und Leiterplattenmaterialien erheblich reduziert und sogar die Verwendung preiswerterer Bauteilen und Materialien, die temperaturempfindlich sind, erleichtert. Beim Reflowlöten führt die Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt auch zu einer geringeren Lunkerbildung (Voidbildung) bei BTCs (Bottom Terminated Components, Bauteile mit den Anschlüssen an der Unterseite). Im Allgemeinen weisen Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt weniger als 10% Lunker (Voids) auf, während bleifreie SAC-Legierungen in der Regel 20-30% Lunker aufweisen. Beim Wellenlöten ermöglicht die niedrigschmelzende Legierung schnellere Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 70% und beim Selektivlöten, bei dem das Löten von Steckern mit bis zu 50mm/s erfolgen kann, kann die Gesamtprozesszeit um die Hälfte reduziert werden, wodurch die Maschinenkapazität um 100% erhöht wird. Außerdem hat die Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt keine Probleme mit einem guten Durchtieg in die Durchkontaktierungen bei thermisch schweren Bauteilen. Die Verwendung von Stickstoff beim Wellen- und Reflowlöten ist möglich, aber nicht erforderlich. Die thermischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften der LMPA-Q-Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt sind für die meisten elektronischen Anwendungen ausreichend. Angesichts all dieser Vorteile sehen viele die niedrigschmelzenden Legierungen als die Zukunft der Elektronikfertigung.
Bleihaltige legierungen sind die traditionellen SnPb(Ag)-Legierungen, die in der Elektronikfertigung vor 2006 für die Verbindung von elektronischen Bauteilen mit Leiterplatten verwendet wurden. Im Jahr 2006 schränkte der Gesetzgeber die Verwendung von Blei (Pb) ein, da die Gefahr bestand, dass Altgeräte auf Mülldeponien das Grundwasser verschmutzen und Pb in das Ökosystem gelangen würde. Wenn Pb vom menschlichen Körper aufgenommen wird, kann es nur sehr schwer wieder entfernt werden und es ist bekannt, dass es viele möglichen (langfristigen) Gesundheitsprobleme verursacht. Aus diesem Grund hat die Elektronikindustrie bleifreie Lötlegierungen eingeführt. Da die langfristige Zuverlässigkeit der bleifreien Legierungen zu diesem Zeitpunkt (2006) noch nicht erwiesen war, durften einige kritische Branchen der Elektronikindustrie, wie z.B. die Automobil-, Eisenbahn-, Medizin- und Militärindustrie, vorübergehend weiterhin die SnPb(Ag)-Legierungen verwenden. Aber auch in diesen Branchen wird die Verwendung von bleihaltigen Legierungen schrittweise eingestellt. Die typischsten Legierungen für das Wellenlöten waren Sn60Pb40 und Sn63Pb37 mit einem Schmelzpunkt um 183°C. Dies ermöglichte Betriebstemperaturen um 250°C. Das Oxidationsverhalten der Legierungen wurde als akzeptabel angesehen und die Verwendung einer geschlossenen Stickstoffatmosphäre wie bei bleifreien Legierungen war nicht erforderlich. Für das Reflowlöten war die meist typische Legierung Sn62Pb36Ag2 mit einem Schmelzpunkt um 179°C. Der Zusatz von Ag verleiht den SMD-Lötstellen (Surface Mount Device), die in der Regel weniger stabil sind als Durchstecklötstellen, zusätzliche mechanische Zuverlässigkeit. Die Legierung ermöglichte (gemessene) Peak-Temperaturen zwischen 200-230°C. Die Verwendung von Stickstoff beim Reflowprozess war zwar vorhanden, aber sicherlich nicht so weit verbreitet wie bei bleifreien Legierungen.