Lead-Free Solders. Bleifreie Lote

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1 Lead-Free Solders Bleifreie Lote Auswahl und Funktionalität Qualitätsaspekte Umfeld von Hellmut Miksch

2 Leadfree Solder Es gibt keinen 1:1 Ersatz zum eutektischen Sn/Pb Lot

3 Kriterien für Bleifreie Lote Zuverlässige Verbindungen auf Cu, Sn und Au/Ni Leiterplatten Schmelzpunkt ~ 220 C oder besser < No Clean Pasten Preislich einigermaßen erträglich verfügbar

4 Schmelzpunkt ist ein Kriterium Löttemperatur muß ähnlich zu Sn/Pb sein Höhere Temperaturen führen zu Materialschäden Niedriger Schmelzpunkt führt zu Temperatureinschränkungen

5 Zinn 232 C Schmelzpunkt Legierbar mit - Cu, Fe, Ni, Ag, Au Benetzt und verbindet auch andere Metalle verfügbar Activer Bestandteil im Lot technischer Nachteil: Zinnpest

6 Funktion und Effekt des Bleis Herabsetzung des Schmelzpunktes Niedriger Preis Hohe Verfügbarkeit Erhöhung der Duktilität Reduzierte Oberflächenspannung Erhöhte Viskosität Reduzierte Verbindungsstärke Geringere thermische Leitfähigkeit Geringere elektrische Leitfähigkeit

7 Primäre Bleifrei-Legierungen Alloy T m C Anmerkung SnCu Verwendbar SnAg Verwendbar SnAg3,6Cu,7 217 Verwendbar SnAg3,5Cu0,5 217 eut. Verwendbar SnAg3Cu0, IPC-Standard Sn98Ag Verwendbar Sn99,3Cu0,7 228 Verwendbar

8 Sonstige Legierungen Legierung T m C Anmerkung Sn-2Mg 200 Reactive Sn-9Zn 199 Reactive Bi-42Sn 138 Low temperature, teuer, Anwendung Sn-5Sb High temperature Sn-7.5Bi Bruch und mangelndes Füllvermögen 2Ag-(0.5Cu) Sn-7Zn-6Bi Bruch, Korrosion Sn-2.5Ag Möglich 0.8Cu-0.5Sb Sn-20In-2.8Ag Cracking, Sehr Teuer

9 Nachteile von Bleifrei Deutlich höherer Materialpreis Bei billigen Bleifreiloten mangelhafte Benetzung Und problematisches Durchsteigen in Durchkontaktierungen langsameres Handlöten SnAg3,6Cu0,7 hat gute Benetzungsdaten, jedoch ist dieser Vorteil mit einem Mehrpreis kaufen. Höherer Aufwand im Lötbarkeitstest sinnvoll Höherer Aufwand im Temperaturmessen nötig Durch weitere Miniaturiserung: bessere optische Vergrößerungseinrichtungen nötig.

10 Flußmittel Keine besondere Änderung beim Wellenlöten und beim Handlöten Jedoch eine wesentliche Änderung bei Lötcreme durch höheren Schmelzpunkt und geringeren Liquidusbereich

11 Hand- und Wellenlöten In etwa selbe Löttemperatur Aber erhöhte Lötzeit, daher: langsameres Löten Wellenlöten: höhere und längere Vorheizung gibt bessere Resultate

12 Benetzungseigenschaften Lötbarkeitstests im Vergleich zu Sn60Pb40 1,6 Benetzungszeit in sec. 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Time to cross buoyancy line Time to cross zero force line Time to reach 2/3 max wetting force Sn-Pb Sn-Ag-Cu Sn-Ag Sn-Cu Legierung

13 Lötcreme, eine Testserie Legierung: SnAg3Cu0,5 ~ SnAg3,5Cu0,5 ~ SnAg3.6Cu0.7 Paste: Prozess: Reliability Test: Syntech von AMTECH IR reflow und Heißluft PCB peak temp. 232 C, 1000 cycles, -25 C to +125 C Functional Assessment: Pass Joint Structure Assessment: No defects

14 ~ Sn96,5Ag3Cu0.5 Schmelzpunkt 217 C Cu-Benetzung, Vergleichbar zu Sn/Pb 250 C Benetzung von Au/Ni Besser als Sn/Ag oder Sn/Cu pads bei 235 C Benetzung typischer Gut, vgl. zu Sn/Pb SMDs bei 235 C Lötstelleneigenschaften, ähnlich wie bei Sn/Ag Mit geringen Abstrichen, jedoch deutlich preiswerter: SnAg2Cu

15 Auswahl an Lötcremen Die Auswahl ist reichlich und sehr individuell In allen Verpackungen

16 Primäre Auswahl Fertig gemischt oder Freshmix Vorteile von Freshmix: geringe Oxidation und bessere Lötbarkeit

17 Bestell-Definition Legierung Flußmittel Korngröße Verpackung Sn95Ag5 No Clean T µ Dose 250 g Sn96,5Ag3Cu0,5 RMA f. 250 C T2A 53-38µ Dose 500 g Sn96,5Ag3,5 RMA HMP 300 C T µ Kartusche:250g SnAg2Cu RA T µ Kartusche 500g etc Syntech T µ sowie 35g & 100g (Pb96,5Ag-HMP) WS T µ DEK-ProFlo Freshmix 500g Beispiel einer Bestellnummer: Sn96,5Ag3,5-Syntech-T3-D500

18 Messen Temperaturmessung-Aufzeichnung der Kurven Grundlage für die thermische Prozesssicherheit Mehrkanalmessung Welle, IR, Hotair, Handlöten

19 Whisker Kristalline Auswüchse bei Reinzinn Bilder Copyright NASA

20 Whisker Kristalline Auswüchse bei Reinzinn

21 Whisker Kristalline Auswüchse bei Reinzinn

22 Whisker Kristalline Auswüchse bei Reinzinn

23 Whisker Kristalline Auswüchse bei Reinzinn

24 Messen Kennen Sie das? loettechnik.comcom Corrosion Dendrites Backlit dendrite detail Metal Migration Dendrite Copper dendrite

25 Messen Oder das? loettechnik.comcom

26 Messen loettechnik.comcom SIR Surface insulation resistance - Oberflächenwiderstand Grundlage für die elektrochemische Sicherheit an der Leiterplattenaußenfläche Zum Verständnis und in Folge zur Vermeidung potentieller Elektromigration

27 Messen Lötbarkeitstest, dokumentiert die Lötbarkeit unter Berücksichtigung von Flußmittel, Legierung & Schmelzpunkt, Oberflächenbeschaffenheit uvm. Durch bis zu 7 (sieben!) verschiedene Meßverfahren Das Ergebnis ist u.a. für die Prozessparameter In der Produktion mitunter von äußerster Wichtigkeit

28 Messen Lötbarkeitstest, dokumentiert, in welcher Form und vor allem in welcher Zeit die Benetzung stattgefunden hat.

29 Messen Reinheitstest = unzutreffend richtig: Messung der ionischen Verunreinigung Controlling der Prozessstabilität Nach dem Auslaufen der MIL-Standards: <1.5µg/cm 2 NaCl equivalence Heutzutage üblich nach IPC : <0.2µg/cm 2 NaCl equivalence

30 Sehen Optische Einrichtungen Je kleiner die Teile... Superscope BIG EYE - Lupenlampen

31 Credits: LICO Electronics GmbH Klederinger Str. 31 A-2320 Kledering Tel Fax Seit 1947 ISO 9001 zertifiziert Meisterbetrieb

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