Specification Reflow-Lötung von SMD-Baugruppen - Lotpaste / bleifrei

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Willi Boer
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1 Previous Edition Specification Class: Elektrotechnik Class No.:53 Reflow-Lötung von SMD-Baugruppen - JED Lotpaste aus bleifreier Legierung 842 Part name (for databases) Lotpaste / bleifrei Geltungsbereich Diese Spezifikation ist eine Ergänzung zur Herstellerspezifikation und beschreibt den WABCOspezifischen Verwendungszweck und die Anforderungen an Lotpasten mit bleifreier Legierung SAC Sn96,5/Ag3/Cu0,5 für den Einsatz auf SMD-Baugruppen. Die Pasten sind no clean Pasten, d.h. Flussmittelreste verbleiben auf der Baugruppe. Die Flussmittel sind kolophoniumhaltig und / oder synthetisch modifiziert und die Pasten sind für Schablonendruck geeignet. Die Reflow-Lötung kann sowohl unter Stickstoffatmosphäre, als auch unter Luft erfolgen. 2 Allgemeine Anforderungen Lotpasten sind Gemische aus Metallpulver und Flussmittel, die nach dem Aufschmelzen eine Verbindung zwischen Baugruppenträger und Bauteil herstellen. Flussmittelreste verbleiben auf der Baugruppe und dürfen keine chemischen, korrosive oder elektrochemischen Reaktionen verursachen. Das Metallpulver, gleichmäßig mit dem Flussmittel vermischt, hat einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität der Paste und deren Verarbeitbarkeit. Die Oxydation des Metalls muss gering sein, damit bei niedriger Flussmittelaktivität eine gute Benetzung erfolgt und keine Kugelbildung auftritt. Es erfolgt keine Reinigung der Leiterplatte nach dem Löten. Das Flussmittel mit seinen Zusätzen dient als Träger der Paste, wobei den Komponenten folgende Bedeutung zukommt: Harz als Trägermaterial, bestehend aus Kolophonium oder synthetischen Harzen, Lösungsmittel zum Anlösen des Harzes, von Stabilisierungs- und Benetzungszusätzen, Rheologische Zusätze, um das Verdampfen des Lösungsmittels während der Lagerung zu verhindern und den Zusammenhalt der Paste bis in die Vorwärmphase zu ermöglichen, Benetzungszusätze steuern die Ausbreitung des Flussmittels, Stabilisierungszusätze sorgen für die Verträglichkeit der Komponenten untereinander, Aktivatoren als wichtigste Zusätze zum Entfernen von Oxiden und Förderung der Lotadhäsion auf den verschiedenartigen Bauteilanschlussarten. Die Paste wird im Schablonendruck auf den Baugruppenträger aufgetragen, wobei sich folgende Anforderungen ergeben: Konturstabilität bis in die Vorwärmung zur Vermeidung von Brückenbildung, besonders bei geringen Lötstellenabständen in Kombination mit hohen Schablonenstärken Klebrigkeit zum Halten der Bauteile bis zur Lötung. Fortsetzung Seite 2 bis 9 Compiler Approved Product Group: 4961 Doc. Code Language Rev. Udo Schleusner Jens Gröger JED.dot Template version de -

zur Herstellerspezifikation und beschreibt den WABCOspezifischen Verwendungszweck und die Anforderungen an Lotpasten mit bleifreier Legierung SAC Sn96,5/Ag3/Cu0,5 für den Einsatz auf SMD-Baugruppen.

2 JED-842 : Seite 2 3 Eigenschaften Neben den spezifizierten Eigenschaften gibt es nichtquantifizierte Anforderungen an Material und Verarbeitung. WABCO-spezifische Prüfungen sind Vergleichstests. Die bisherigen Eigenschaften freigegebener Pasten gelten als Mindestmaß. 3.1 Material Solidus / Liquidus : 217 C C Metallanteil Dichte Partikelgröße Reinheitsgrad/Legierung Flussmittel : typ. 89 %, ± 1 % (Gewichtsprozent) : 3,9 g/ml : Pulvertyp 3, 25 bis 45µm, J-STD-005 (Joint Industry Standard) : konform zu J-STD-006 : konform zu J-STD-004, L0 3.2 Verarbeitung: Lagertemperatur : 2 bis 10 C Haltbarkeit Schablonenstärke Druckgeschwindigkeit Rollverhalten am Rakel : 6 Monate / Topf, 3 Monate / Kartusche : 150 µm -175 µm und fine-pitch Abstände von 0,65 mm : 10 bis 140 mm/s : weich und geschmeidig während des Druckvorganges, ohne an der Schablonenunterseite zu schmieren Standzeit auf der Schablone: mind. 8 h Druckvolumen : scharfer, kontrastreicher Druck bei gutem Herauslösen aus der Schablone für hohes Lotvolumen Standfestigkeit beim Druck : bis 30 C Reflowprofil Reflow unter Flussmittelausbreitung Flussmittelrest Lotperlen Lötverbindung Lunker : Linear und Sattel : Luftatmosphäre oder Stickstoff : Konzentrisch um das Lötpad : für Boardtestnadeln (Spitze und Krone); - Eignung für WABCO Schutzlacke und Vergussmaterial : minimale Bildung von Lotperlen am Bauteil und auch auf dem Baugruppenträger wegen der Gefahr der Benetzung von Bondflächen : glatt und gleichmäßig, für eine leichte visuelle Beurteilung : minimale Lunkerbildung in BGAs und Flächenlötungen

1 Material Solidus / Liquidus : 217 C - 220 C Metallanteil Dichte Partikelgröße Reinheitsgrad/Legierung Flussmittel : typ.

3 JED-842 : Seite 3 Benetzung Sicherheit : vergleichende Beurteilung, besonders an offenen Kupferflächen von gestanzten lead-frames der Bauteile : das Material wird in Standard Reflowanlagen mit Luftabsaugung verarbeitet. Darüber hinaus gehende Anforderungen sind anzugeben. 4 Anforderungen durch die Baugruppe Die Eigenschaften bisher freigegebener Pasten sind Mindestmaß für die Anforderungen an Material und Verarbeitung. 4.1 Feuchtklima: Flussmittelreste in Verbindung mit Feuchte können zu Korrosion und Migration auf dem Trägermaterial und den Bauteiloberflächen führen. Testbedingungen: Betrieb unter Feuchte für 168h bei 85 C/85%RF 4.2 Mechanische Belastung durch Temperatur / Temperaturwechsel: Die Qualität des Lotes und seine Benetzungseigenschaften haben Einfluss auf die Zyklenfestigkeit der Lötverbindungen. Durch Temperaturwechsel und unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Baugruppenträger und Bauteil wird die Lötverbindung auf Zug- und Scherfestigkeit beansprucht. Dies gilt insbesondere dann, wenn mechanische Schwing- und Schockbelastungen hinzukommen. Das führt zum Dauerbruch durch zyklische plastische Deformation des Lotes. Testbedingungen: Temperaturschock Luft/Luft mit 2 Kammern -40 C / +120 C je 30 min Umtemperierungszeit ca. 5 s Zyklenzahl: Schutzlack / Vergussmaterial: Besondere Beachtung erfordern die Wechselwirkungen mit nachträglich aufgetragenen Schutzlacken und Vergussmaterialien. Einige Lacktypen delaminieren von den Flussmittelresten der Lotpasten. Freigelegt werden damit ausgerechnet die Stellen, die zusammen mit Feuchtigkeit auch die höchste Ionenkonzentration für Elektromigration erwarten lassen. Die Delaminationsursachen sind nicht erforscht, es muss daher ein Verträglichkeitstest durchgeführt werden. Pastenhersteller haben ihr Produkt nicht daraufhin entwickelt, Verträglichkeiten ergeben sich eher zufällig für bestimmte Pastentypen. Es kann sofort oder auch erst nach einigen hundert Wechselzyklen zum Ablösen kommen. Bewährt hat sich ein Temperaturwechseltest mit folgenden Bedingungen: Temperaturschock Luft/Luft mit 2 Kammern -40 C / +120 C je 30 min Umtemperierung ca. 5 s Zyklenzahl: 500

4 Anforderungen durch die Baugruppe Die Eigenschaften bisher freigegebener Pasten sind Mindestmaß für die Anforderungen an Material und Verarbeitung. 4.

4 JED-842 : Seite 4 5 Gewährleistung 5.1 Allgemein Der Hersteller ist verpflichtet, durch regelmäßige Stichproben die Einhaltung der Anforderungen nachzuweisen und dem Abnehmer Einsicht in die Unterlagen über diese Prüfungen zu gewähren. 5.2 Erstmuster Mit jeder Erstlieferung sind zur Überprüfung Erstmuster nebst Erstmusterbericht einzureichen. 5.3 Änderungen Die Änderung der Werkstoffe und Prozesse - gleich welcher Art und welchen Anlasses - ist nur nach vorheriger Freigabe durch die technisch verantwortlichen Fachabteilungen zulässig.

Abnehmer Einsicht in die Unterlagen über diese Prüfungen zu gewähren. 5.

JED-842 : 2009-06 Seite 5 Fotos von guten und schlechten Beispielen: Gute Benetzung des Schutzlackes auf

5 JED-842 : Seite 5 Fotos von guten und schlechten Beispielen: Gute Benetzung des Schutzlackes auf Flussmittelresten nach 1000 Temperaturzyklen Keine Benetzung und Delamination des Schutzlackes bereits nach 100 Temperaturzyklen

Flussmittelresten nach 1000 Temperaturzyklen Keine

JED-842 : 2009-06 Seite 6 Gute Benetzung des

6 JED-842 : Seite 6 Gute Benetzung des Schutzlackes auf Flussmittelresten nach 1000 Temperaturzyklen Keine Benetzung und Delamination des Schutzlackes bereits nach 100 Temperaturzyklen

7 JED-842 : Seite 7 Gute Lackhaftung auf Flussmittelresten Schlechte Lackhaftung auf Flussmittelresten

8 JED-842 : Seite 8 Gute Lackhaftung auf Flussmittelresten Schlechte Lackhaftung auf Flussmittelresten

9 JED-842 : Seite 9

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