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Die Technologie in bleifreiem Glanz von

(PCP) - Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH - Ihr Deutscher Leiterplattenhersteller

Je näher der Termin der zwangsweisen Umsetzung der
Bleifrei-Richtlinie (ROHS) kommt, desto größer werden
die Bemühungen nach bleifreien Lösungen, die
technologisch und kostentechnisch in der Nähe der
„Allzweckwaffe“ SnPb liegen. Dabei stechen vor allem
die Systeme Zinn/Silber/Kupfer (SnAgCu) und neuerdings
stabilisiertes Zinn/Kupfer (SnCuNi) hervor. Obwohl der
Leistungstand beider Systeme im Feld noch nicht end-
gültig geklärt ist, soll der bisherige Kenntnisstand
vorgestellt werden.

 

 
  SnAgCu  
  Der größere Erfahrungsstand gibt es im Bereich der Silbersysteme. Dort wird
unterschieden zwischen den Systemen Sn-3.5Ag-0.7Cu, Sn-4Ag-0.5Cu und Sn-3Ag-
0.5Cu, die von Kontinent zu Kontinent unterschiedlich eingesetzt werden.

Aber nach eindeutiger Expertensicht (IPC/Soldertec-Konferenz Brüssel 2003) sind bei
allen 3 Systemen die technologischen Unterschiede zu vernachlässigen.

In Europa ist die Sn-3.5Ag-0.7Cu Legierung am weitesten verbreitet.

 
  SnCuNi  
  Vielversprechend, jedoch mit noch weniger Feldresultaten ausgestattet, erweist sich das
stabilisierte Zinn/Kupfersystem Sn-0.7Cu-0.1Ni.

Es heißt deswegen „stabilisiert“, weil es durch die Beigabe von Nickel ein verbessertes
Erstarrungsverhalten des Lotes aufweisen soll.

Die Bildung von Nadelkristallstrukturen soll sich zugunsten runderer Strukturen verändert
haben, so daß beim Wellenlöten der Leiterplatte ein verbesserter Lotabfluß erreicht
wurde (Verringerter Lötabriss, verringerte Brückenbildung). Diese Legierung wurde in
Japan entwickelt und wird in Deutschland über den Lizenzhalter Balver Zinn vertrieben.

 
  Beim Leiterplattenhersteller  
  Für den Leiterplattenhersteller bietet sich vor allem das SnCuNi-System an, da der
Investionsaufwand bei der Umstellung von der konventionellen Bleizinntechnik auf das
Zinn/Kupfer weitaus geringer ist als bei der Einrichtung der notwendigen Prozess-
technologie für chemisch abgeschiedenen Oberflächen.

Denn es handelt sich hier ebenfalls um ein Schmelztiegelverfahren. Lediglich die
Verträglichkeit des Lots mit den Badbehältern muß noch weitestgehend erforscht
werden. Unser Haus arbeitet aber hier schon mit den Maschinenbauherstellern an
Lösungen. Ab Mai 2004 bieten wir unseren Kunden SnCuNi unter Serienfertigungs-bedingungen an.

 
  Lötversuche  
  Da, wie bereits erläutert, Felderfahrungen unzureichend sind, wurden Löteigenschaften
in diversen Versuchskampagnen von Fachkreisen und Arbeitsgruppen (BDF,
Deutschland und Boing, USA) im direkten Vergleich ermittelt.

Beide Systeme ermöglichen glatte glänzende Oberflächen und Zuverlässigkeit der
Lötverbindungen sowohl beim Wellenlöten als auch beim Reflow.

Vorteile vespricht das Zinnkupfersystem beim Ablöseverhalten von Kupfer (Leaching) auf
den Leiterbahnen. Der Angriff der Kupferoberflächen ist um die Hälfte geringer.

 
  Blei-Sensitivität  
  Ungelöst bleibt weiterhin das Problem der Blei-Sensitivität in der Bleifrei-Umstellungs-
phase in 2006: So sind Gefügeveränderungen in bleifreien Loten durch Restmengen an
Blei (schon kleiner 0,1 % Gew.) in Prozessbehältnissen beobachtet worden.

Es treten bei SnAgCu Gefügevergröberung beim Temperaturwechselstress im Bereich
noch deutlich unterhalb 96 C° auf (Degradationsbeschleunigung). Beim SnCuNi-System
findet eine Ausscheidung von Blei in den Korngrenzen statt, die unter mechanischer
Spannung Schwachstellen bilden kann.

Ein Aufreißen bei Abkühlung aus der Löthitze ist möglich.

 
  Fazit  
  Fest steht jedoch, dass das „gute alte“ Bleizinn hinsichtlich der Lotergebnisse noch
immer die besten Ergebnisse hervorbringt. Dennoch lassen sich die beiden oben
dargestellten Verfahren noch optimieren.

Ansatzpunkte bieten hier Temperatur- und Prozessprofile beim Wellen- und Reflow-
Löten, so daß wohl eine Gleichwertigkeit in der Qualität nahezu erreicht werden kann.

Trotz des geringen Erfahrungshorizontes im Feld bietet das SnCuNi-System in unserer Einschätzung bezüglich Kosten und Qualität gegenüber den Silbersystemen eindeutig Vorteile.

 
  Folgende Tabelle gibt ein Profil weiterer Eigenschaften beider Systeme im direkten Vergleich wieder  
 
Schmelzpunkt
(Eutektischer Pkt.)
217 C° 227 C°
Prozesseigenschaften Welle Badtemp.: 255 – 265 C° Badtemp.: 255 - 260 C°
Metallpreis 12 – 13 € 7 – 8 €
Lötfehler-Niveau im Vgl. zu SnPB Lötbrücken gleichwertig, mehr Nichtlötungen Lötbrücken gleichwertig, mehr Nichtlötungen

 
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