IF 14

Name: IF 14
Brand: Interflux Electronics
SKU: IF-14

Lötdraht

beliebt

Die Interflux^® IF 14 Serie sind kolophoniumfreie, absolut halogenfreie, No-clean Lötdrähte mit leicht entfernbaren Rückständen in SnPb(Ag) und bleifreien Legierungen.

Geeignet für

Handlöten ist eine Technologie in der Elektronikfertigung, bei der ein Handlötkolben verwendet wird, um eine Lötstelle zu bilden oder ein Bauteil von einer Leiterplatte zu entlöten. Das Verfahren wird vor allem bei Nacharbeit und Reparatur eingesetzt, aber auch zum Löten einzelner Bauteilen, die beim Massenlötverfahren (Reflow- oder Wellenlöten) ausgelassen wurden. Dies kann an der Verfügbarkeit oder der Temperaturempfindlichkeit dieser Bauteile liegen. Der Lötkolben ist normalerweise Teil einer Lötstation, die über eine Stromversorgung verfügt, die die Temperatur des Lötkolbens steuert. Diese Temperatur kann je nach verwendeter Lotlegierung eingestellt werden und liegt normalerweise zwischen 320°C und 390°C. Der Lötkolben hat eine austauschbare Lötspitze, die je nach dem zu lötenden Bauteil ausgewählt werden kann. Für eine optimale Wärmeübertragung ist eine möglichst große Lötspitze empfehlenswert, vor allem beim Löten von (thermisch schweren) Durchkontaktierten Bauteilen. Beim Löten von thermisch schweren Bauteilen und Platinen ist auch die Leistung der Lötstation wichtig, um die eingestellte Temperatur der Lötspitze zu halten. Bei Nacharbeit und Reparatur ist es unrealistisch, die optimale Lötspitze für jedes einzelne Bauteil zu wechseln, und es werden nur einige Lötspitzen verwendet. Es gibt Lötspitzen zum Löten von mehreren Lötstellen hintereinander von SMD-Bauteilen, wie z.B. für SOICs (Small Outline Integrated Circuit) und QFPs (Quad Flat Package). Um die Wärmeübertragung und das Fließen des Lots zu unterstützen, sind die Lötspitzen benetzbar, das heißt, sie gehen eine Wechselwirkung mit der Lotlegierung ein. Während des Lötens oxidieren diese Spitzen und können ihre Benetzbarkeit verlieren, wodurch die Wärmeübertragung behindert wird. Dies kann vermieden werden, indem Sie die Lötspitze z.B. mit einem Spitzenverzinner reinigen. Nach einiger Zeit nutzen sich die Lötspitzen trotzdem ab und müssen ersetzt werden. Die Lebensdauer der Lötspitze kann optimiert werden, indem Sie die Verwendung von abrasiven oder aggressiven Lötspitzenreinigern vermeiden oder die Lötspitze nicht mechanisch reinigen, z.B. mit Stahlwolle oder Schleifpapier. Die Verwendung eines absolut halogenfreien Lötspitzenverdünners ist ratsam. Beim Handlöten wird das Lot für die Lötstelle in der Regel durch einen Lötdraht bereitgestellt. Ein Lötdraht ist in verschiedenen Durchmessern und verschiedenen Legierungen erhältlich und enthält eine bestimmte Menge eines bestimmten Flussmittels. Die Legierung ist in der Regel die gleiche oder eine ähnliche Legierung wie für das Massenlötverfahren (Reflow-, Wellen- oder Selektivlöten). Der Durchmesser wird entsprechend der Größe der Lötstelle gewählt. Der Flussmittelgehalt im Lötdraht richtet sich in der Regel nach der thermischen Masse des zu lötenden Bauteils und der Platine. (Thermisch schwere) durchkontakierte Lötstellen benötigen mehr Flussmittel. Ein höherer Flussmittelgehalt führt auch zu mehr sichtbaren Flussmittelrückständen nach dem Löten. Manchmal wird ein zusätzliches Flussmittel benötigt, das in den meisten Fällen ein flüssiges Rework- und Reparaturflussmittel ist, aber auch ein Gel-Flussmittel sein kann. Die Art des Flussmittels/Lötdrahtes wird durch die Lötbarkeit der zu lötenden Oberflächen bestimmt. Bei normaler Lötbarkeit von elektronischen Bauteilen und Leiterplatten ist ein absolut halogenfreies 'L0'-Flussmittel/Lötdraht empfehlenswert. Im Allgemeinen wird ein Handlötvorgang wie folgt durchgeführt: Stellen Sie die Temperatur der Lötspitze entsprechend der verwendeten Lotlegierung ein. Für bleifreie Legierungen liegt die empfohlene Arbeitstemperatur zwischen 320°C und 390°C. Bei dichteren Metallen wie Nickel kann die Temperatur bis auf 420°C erhöht werden. Die Verwendung einer guten Lötstation ist wichtig. Verwenden Sie eine Lötstation mit einer kurzen Reaktionszeit und mit ausreichender Leistung für Ihre Anwendung. Wählen Sie die richtige Lötspitze: Um den Wärmewiderstand zu verringern, ist es wichtig, eine möglichst große Kontaktfläche mit den zu lötenden Oberflächen zu schaffen. Erwärmen Sie beide Oberflächen gleichzeitig. Berühren Sie mit dem Lötdraht leicht die Stelle, an der sich die Lötspitze und die zu lötenden Flächen treffen (die geringe Menge an Lot sorgt für eine drastische Senkung des Wärmewiderstands). Führen Sie anschließend ohne Unterbrechung die richtige Menge Lötzinn zu in der Nähe der Lötspitze, ohne die Spitze zu berühren. Dies verringert das Risiko von Flussmittelspritzern und vorzeitigem Flussmittelverbrauch!
Nacharbeit und Reparatur an einer elektronischen Baugruppe kann bei defekten Baugruppen durchgeführt werden, die aus dem Feld zurückkommen, kann aber auch in einer elektronischen Produktionsumgebung notwendig sein, um Fehler in der Bestückung und Lötprozessen zu korrigieren. Typische Nacharbeit- und Reparaturverfahren umfassen das Entfernen von Lötbrücken, das Hinzufügen von Lot an schlecht durchgelöteten Durchkontaktierungen oder anderen Lötstellen, das Ersetzen fehlerhaft bestückter Bauteile, das Ersetzen von Bauteilen die in der falschen Richtung bestückt sind, das Ersetzen von Bauteilen die Defekte aufweisen die mit den hohen Löttemperaturen in den Prozessen zusammenhängen, das Hinzufügen von Bauteilen, die z.B. aufgrund von Verfügbarkeit oder Temperaturempfindlichkeit nicht in den Prozess einbezogen wurden,... Die Identifizierung dieser Fehler kann durch visuelle Inspektion, durch AOI (automatisierte optische Inspektion), durch ICT (In Circuit Testing, elektrische Prüfung) oder durch CAT (Computer Aided Testing, Funktionsprüfung) erfolgen. Viele Reparaturarbeiten können mit einer Handlötstation durchgeführt werden, die über einen (Ent-)Lötkolben mit Temperatureinstellung verfügt. Das Lötzinn wird mit einem Lötdraht aufgetragen, den es in verschiedenen Legierungen und Durchmessern gibt und der ein Flussmittel enthält. In manchen Fällen wird ein flüssiges Reparaturflussmittel und/oder ein Gel-Flussmittel verwendet, um das Handlöten zu erleichtern. Für größere Bauteile, wie BGAs (Ball Grid Array), LGAs (Land Grid Array), QFNs (Quad Flat No Leads), QFPs (Quad Flat Package), PLCCs (Plastic Leaded Chip Carrier),... kann ein Reparaturgerät verwendet werden das ein Reflowprofil simuliert. Diese Reparaturgeräte gibt es in verschiedenen Größen und mit unterschiedlichen Optionen. In den meisten Fällen verfügen sie über eine Vorheizung von der Unterseite, die in der Regel IR (Infrarot) ist. Diese Vorheizung kann über ein Thermoelement gesteuert werden, das auf der Leiterplatte angebracht ist. Einige Geräte verfügen über eine Bestückungseinheit, die die korrekte Positionierung des Bauteils auf der Leiterplatte erleichtert. Bei der Heizeinheit handelt es sich in der Regel um Heißluft oder IR oder eine Kombination aus beidem. Mit Hilfe von Thermoelementen auf der Leiterplatte wird die Heizung so gesteuert, dass das gewünschte Lötprofil entsteht. In manchen Fällen besteht die Herausforderung darin, das Bauteil auf Löttemperaturen zu bringen, ohne benachbarte Bauteile auf Löttemperatur zu bringen. Das kann schwierig sein, wenn das zu reparierende Bauteil groß ist und kleine Bauteile in der Nähe hat. Für BGAs mit Kugeln aus einer Lotlegierung kann ein Gel-Flussmittel oder ein flüssiges Flussmittel mit höherem Feststoffanteil verwendet werden. In diesem Fall wird das Lot für die Lötstelle von den Kugeln geliefert. Aber auch die Verwendung einer Lötpaste ist möglich. Die Lötpaste kann auf die Anschlüsse des Bauteils oder auf die Leiterplatte gedruckt werden. Dies erfordert für jedes Bauteil eine andere Schablone. Das BGA kann auch in eine spezielle Tauchlotpaste getaucht werden, die zunächst mit einer Schablone mit einer großen Öffnung und einer bestimmten Dicke in eine Schicht gedruckt wird. Bei QFNs, LGAs QFNs, QFPs, PLCCs,...muss Lot hinzugefügt werden, um eine Lötstelle zu erzeugen. In einigen Fällen können QFPs von Hand gelötet werden, aber die Technik erfordert Erfahrung. Deswegen wird die Verwendung eines Reparaturgeräts oft bevorzugt. QFPs und PLCCs haben Anschlussbeinchen und können mit einer Tauchlotpaste verwendet werden. QFNs, LGAs und QFNs, die keine Anschlussbeinchen, sondern flache Kontakte haben, können nicht mit einer Tauchlotpaste verwendet werden, da ihre Körper die Lotpaste berühren würden. In diesem Fall muss die Lötpaste auf die Kontakte oder auf die Leiterplatte gedruckt werden. Im Allgemeinen ist es einfacher, die Lötpaste auf das Bauteil zu drucken als auf die Leiterplatte, insbesondere wenn eine so genannte 3D-Schablone verwendet wird, die eine Aussparung hat, in dem die Position des Bauteils fixiert ist. Das Auswechseln von durchkontaktierten Bauteilen kann mit einer Handlötstation erfolgen. Dazu wird in der Regel eine hohle Entlötspitze auf die Unterseite des Bauteilanschlusses aufgesetzt, die das Lot aus dem Loch absaugen kann. Die Entlötspitze muss das gesamte Lot in der Durchkontaktierung erhitzen, bis es vollständig flüssig ist. Bei thermisch schweren Platinen kann dies sehr schwierig sein. In diesem Fall kann auch die Oberseite der Lötstelle mit einem Lötkolben erhitzt werden. Alternativ kann die Platine vor dem Entlöten über eine Vorheizung vorgewärmt werden. Das Löten der Durchkontaktierte Bauteile erfolgt in der Regel mit einem Lötdraht, der mehr Flussmittel enthält. Alternativ kann auch zusätzliches Reparaturflussmittel in die Durchkontaktierung und/oder auf den Bauteilanschluss gegeben werden. Bei größeren Steckern kann ein Tauchlötbad verwendet werden, um den Stecker zu entfernen. Wenn die Zugänglichkeit auf der Leiterplatte eingeschränkt ist, kann eine Düse verwendet werden, deren Größe an den Steckverbinder angepasst ist. Die Verwendung von Flussmittel bei diesem Vorgang wird empfohlen.
Bleifreies Löten
Bleihaltiges Löten

Die wichtigsten Vorteile

Kolophonium, auch 'Rosin' genannt, ist eine aus Bäumen gewonnene Substanz, die üblicherweise in Lötflussmitteln verwendet wird. Es kann sowohl in flüssigen Flussmitteln als auch in Gel-Flussmitteln verwendet werden. Kolophoniumhaltige Flussmittel sind in der IPC-Klassifizierung an der Bezeichnung 'RO' zu erkennen. Kolophonium bietet im Allgemeinen ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur, hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, die von der Anwendung abhängen, für die das kolophoniumhaltige Flussmittel verwendet wird. Bei flüssigen Flussmitteln für das Wellen- und Selektivlöten besteht durch das Kolophonium ein erhöhtes Risiko, dass die Düse von Sprüh- und Jet-Fluxsystemen verstopft, was zu einem höheren Wartungsaufwand und einem höheren Risiko schlechter Lötergebnisse führt. Die Rückstände eines kolophoniumhaltigen Flussmittels in der Lötmaschine und auf den Werkzeugen und Trägern lassen sich nur schwer entfernen, so dass in der Regel ein lösungsmittelhaltiger Reiniger erforderlich ist. Wenn das kolophoniumhaltige Flussmittel versehentlich auf die Kontakte eines Steckverbinders oder auf Kontaktkammstrukturen wie bei einer Fernbedienung oder in elektromechanischen Kontaktoren/Relais/Schaltern gelangt, führt dies bekanntermaßen zu Kontaktproblemen und Fehlfunktionen der elektronischen Baugruppe im Feld. Darüber hinaus können die Rückstände des Flussmittels, die auf der Platine verbleiben, zu Kontaktproblemen bei elektrischen Tests ( ICT= In Circuit Testing) führen, was zu Verzögerungen in der Produktion aufgrund von falschen Messfehlern führen kann. Dies erfordert in der Regel eine Reinigung der Leiterplatte und/oder der Teststifte. Diese teuren Teststifte sind fragil und empfindlich und können durch die Reinigung beschädigt werden. Außerdem ist bekannt, dass die Rückstände eines Kolophonium-Flussmittels auf Dauer nicht mit Schutzlacken kompatibel sind. Die Kolophoniumrückstände bilden eine Trennschicht zwischen der Leiterplatte und dem Schutzlack, die mit der Zeit zu einer Ablösung des Schutzlackes und auch zu Rissen führen kann, insbesondere wenn die Elektronische Baugruppe vielen Temperaturzyklen (Aufwärmen und Abkühlen) ausgesetzt ist. Aus diesen Gründen werden für das Wellen- und Selektivlöten in der Regel Flussmittel ohne Kolophonium und mehr spezifisch Flussmittel der 'OR'-Klasse verwendet. Kolophonium kann auch in Lötdrähten verwendet werden. Obwohl das Kolophonium ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur bietet, ist es sehr empfindlich gegenüber Verfärbungen, wenn es erhitzt wird. Die Verfärbung hängt von der Art des Kolophoniums und der Temperatur ab, die es gesehen hat. Da die Lötspitzentemperaturen in der Regel recht hoch sind, führt das Kolophonium im Lötdraht zu einer ziemlich starken visuellen Rückstandsbildung um die Lötstellen. Dadurch unterscheiden sie sich von den anderen Lötstellen, vom Reflow-, Wellen- und Selektivlöten. Wenn dies nicht erwünscht ist, muss ein Reinigungsvorgang durchgeführt werden. Außerdem gelten die Dämpfe eines kolophoniumhaltigen Lötdrahtes als gefährlich. Eine Rauchgasabsaugung ist obligatorisch, aber sowieso immer ratsam für jeden Handlötvorgang. Kolophoniumhaltige Drähte werden immer noch häufig verwendet, aber kolophoniumfreie Lötdrähte und insbesondere Lötdrähte der 'RE'-Klassifizierung gewinnen zunehmend an Bedeutung. Kolophonium wird auch in Lotpasten 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 haben die Kolophoniumrückstände schlechte Kompatibilität mit Schutzlack und können mit der Zeit nach thermischen Zyklen Risse oder Ablösungen des Schutzlackes zeigen. Obwohl die meisten Hersteller den Schutzlack über den Lotpastenrückständen auftragen, ist es für optimale Ergebnisse ratsam, die Lotpastenrückstände zu entfernen. Angesichts der oben beschriebenen Vorteile von Kolophonium enthalten die meisten Lotpasten Kolophonium.
Rückstände nach dem Löten sind dem Lötprozess inhärent. Einige Lötprodukte hinterlassen mehr Rückstände als andere. Im Allgemeinen werden rückstandsarme Lötprodukte bevorzugt. Rückstände sind in der Regel aus mehreren möglichen Gründen unerwünscht. Einer davon ist aus ästhetischer Grund. Wenn der Endkunde seine Platinen erhält, möchte er natürlich, dass sie so sauber wie möglich sind. Weiterhin können Rückstände bei elektrischen Pin-Tests wie ICT (In Circuit Testing) oder Flying Probe stören. Sie können Kontaktprobleme und falsche Messwerte verursachen, die den Produktionsfluss behindern können. Rückstände können sich auch auf den Teststiften ablagern und müssen dort entfernt werden. Diese Teststifte sind sehr empfindlich und das Risiko, sie bei der Reinigung zu beschädigen, ist groß. Rückstände aus dem Lötprozess können auch die Hochfrequenzsignale empfindlicher elektronischer Anwendungen stören. Rückstände, die durch Kolophonium und Harz entstehen, sind in der Regel schlecht mit Schutzlacken kompatibel. Außerdem sind sie dafür bekannt, dass sie Kontaktprobleme verursachen, wenn sie auf Steckerkontakten, (Kohlenstoff-)Kontakten von Fernbedienungen, Kontaktflächen von Schaltern, Relais, Kontaktoren,... landen und Feldausfälle verursachen. Wenn ein Lötmittel als 'No-clean' eingestuft wird, ist das ein Hinweis darauf, dass die Rückstände dieses Lötmittels auf dem elektronischen Gerät verbleiben können. Dies basiert auf dem Bestehen von Zuverlässigkeitstests wie Oberflächenisolationswiderstandstests (SIR) und Elektro(chemische)migrationstests. Es gibt weltweit viele Normen, die solche Tests vorschreiben. Der am meisten akzeptierte Standard ist der IPC-Standard. Bei diesen Zuverlässigkeitstests wird eine Testplatine mit einer Kammstruktur unter Einhaltung bestimmter Parameter mit dem Lötprodukt verlötet. Die Testplatine wird über einen bestimmten Zeitraum hoher Luftfeuchtigkeit und erhöhten Temperaturen ausgesetzt, wobei der Oberflächenisolationswiderstand überwacht wird. Dieser Oberflächenisolationswiderstand darf nicht unter einen bestimmten Wert fallen. Die Leiterplatten werden außerdem mit einem Mikroskop visuell auf Anomalien wie z.B. Elektro(chemische)migration untersucht.
Ein bürstbarer Rückstand eines Lötmittels kann mit einer trockenen Bürste ohne die Hilfe eines Lösungsmittels entfernt werden. Die meisten Rückstände von Lötmitteln können nur entfernt werden, indem sie mit einem geeigneten Lösungsmittel oder einer Reinigungsflüssigkeit aufgelöst werden. Der Vorteil eines bürstbaren Rückstandes ist, dass die Reinigung viel schneller und einfacher ist. Diese Eigenschaft wird bei der visuellen Kontrolle und der Nacharbeit und Reparatur nach dem Lötprozess in der Elektronikfertigung sehr geschätzt.
Die Verunreinigung der Lötspitze kann durch Rückstände des im Lötdraht enthaltenen Flussmittels oder durch Reparaturflussmittel verursacht werden. Diese Verschmutzung hemmt die Wärmeübertragung von der Lötspitze auf die zu lötenden Oberflächen. Für die Herstellung einer Lötstelle ist eine bestimmte Wärmemenge erforderlich, und wenn die Wärmeübertragung behindert wird, verlangsamt oder verhindert dies sogar die Bildung der Lötstelle. Einige Lötdrähte neigen dazu, die Lötspitze stärker zu verunreinigen als andere. In diesem Zusammenhang ist die im Lötdraht enthaltene Flussmittelmenge ein wichtiger Parameter. Je höher der Flussmittelgehalt, desto höher ist logischerweise die Verunreinigung. Allerdings ist die Art des im Draht enthaltenen Flussmittels in vielen Fällen der wichtigste Parameter, der die Verunreinigung der Lötspitze bestimmt. Einige Lötdrähte weisen eine wesentlich geringere Verunreinigung der Lötspitze auf als andere. Vor allem bei Handlötarbeiten in großen Volumen und Roboterlötungen sind Lötdrähte, die eine geringe Verunreinigung der Lötspitze aufweisen, von Vorteil, da sie den Durchsatz erhöhen. Sie sorgen für eine optimale Wärmeübertragung und reduzieren den Reinigungsaufwand der Lötspitze.
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.
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.