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Kundentag mit Praxis

Bleifrei-Löten in der Elektronik-Industrie
Kundentag mit Praxis

Zu einer Informationsveranstaltung mit einer Praxisdemonstration für Produktion und Reparatur hatte Weidinger zusammen mit Alpha Metals Lötsysteme nach Oberpfaffenhofen ins ZVE (Zentrum für Verbindungstechnik in der Elektronik) des Fraunhofer IZM geladen.

Gerhard Quinger, der Leiter Marketing und Vertrieb Löttechnik und Werkzeuge bei Weidinger begrüßte die mehr als 30 Teilnehmer zu Vorträgen über Schablonendruck, Lotpasten, Reflowlöten, Reinigen und Hand-Reparaturlöten. Ralph Christ, Chemotechniker und Technical Support von Alpha Metals begann danach als erster Redner seine Ausführungen über den Wellenlötprozess aus Sicht eines Lötmittelherstellers. Er sprach im Vorfeld über das bleifreie Schwall-Lötverfahren, im Zuge dessen er die Flussmittelsysteme erläuterte. Sowohl alkoholische als auch wasserbasierte Flussmittel sind für diesen Lötprozess geeignet. Im Speziellen prädestiniert sei die EF-6000-Serie des Unternehmens für das Selektiv-Lötverfahren. Nach seinen Erfahrungswerten gehören den wässrigen Flussmittelsystemen mit und ohne Harzanteil die Zukunft. Durch ihren geringen Anteil an flüchtigen organischen Substanzen tragen diese zur Einhaltung von Luftreinheitsrichtlinien bei und es wird eine geringere Menge benötigt. Er ging detailliert auf die verschiedenen Flussmittel der Serie ein und erklärte Zusammensetzungen und deren Einsatz. Er stellte auch EF-2210 vor, ein VOC-freies Flussmittel für das Wellenlöten, das Brückenbildung und Micro-Lotkugeln minimiert, jedoch nur für den Sprühauftrag geeignet ist. Auch zum Flussmittelauftrag war Informatives zu hören, er betonte die Bedeutung einer Vorheizung beim Schwall-Lötprozess, um dann zur letzten Station beim Löten zu kommen, dem Lotbad, wo die Legierungen mit ihren unterschiedlichen Verhalten bei bleihaltigen und bleifreien Loten diskutiert wurden.

Tom Meeus, Stencil Technology Spezialist Europe vom selben Unternehmen, hielt einen Vortrag zur richtigen Schablonenauswahl, ein entscheidender Faktor für das Ergebnis beim Reflowlöten. Nach einführenden Worten zu Alpha Stencils inklusive Entwicklung sowie Stand im Markt, stellte er das Material Edelstahl gegen Nickel, um die Frage nach der Beschaffenheit einer Schablone in der Bleifrei-Technologie zu beantworten. Zwar ist Edelstahl günstiger, geht jedoch bei vielem Gebrauch kaputt und macht es so lediglich für das Prototyping geeignet. Nickel dagegen ist zwar lange stabil jedoch teurer als Edelstahl, doch hier steht die Positionsgenauigkeit im Vordergrund. Das Design for Manufacturing (DFM) des Unternehmens sieht es letztendlich als seine Aufgabe, für jeden Defekt eine passende Schablone als Lösung anbieten zu können. Zur Vertiefung des Themas ging Ralph Christ auf die Lotpaste ein. Nach einer kurzen Erläuterung des Aufbaus einer Lotpaste ging er zu Wunsch und Wirklichkeit über, eine Lotpaste für alle Anwendungsbereiche. Hier informierte er seine Zuhörer über die OM-338-Familie, die neben guter Druckbarkeit ein großes Prozessfenster aufweist und wiederholgenaue Drucke von Ultra-Fine-Pitch-Strukturen mit Metallpulver der Korngröße 3 oder 4,5 ermöglicht. Sie zeigt ein gutes Verhalten bei Andruck nach Stillstand und es ist kein Knetvorgang erforderlich. So wird die Fehlerrate bei erneutem Fertigungsstart reduziert, und der Produktionsstillstand der Fertigungslinie kompensiert. Auch weist sie gute Benetzungseigenschaften auf den verschiedensten Oberflächen auf. Er wies auf die Unterschiede der OM 338 und OM 338T, der robustere Lotpastentyp, hin und sprach über die nadeltestbare Version OM 338PT. Für ultrafeine Strukturen <0,4-mm-Pitch eignet sich dann die Variante OM 338CSP, die ansonsten identische Eigenschaften wie OM 338T aufweist. Die optimierte Version SACX OM350 eignet sich sowohl für Reflow- als auch für Vapour-Phase-Applikationen. Zum Schluss gab er Tipps zur Verwendung bleifreier Lotpasten für welchen Anwendungsbereich, um seinen Zuhörern eventuelle Entscheidungen bei einer Auswahl zu erleichtern.
Über die Baugruppen- und Schablonen-Reinigung kam dann Heinz Beier von Petroferm zu sprechen. Die Flussmittelreste von bleifreien Lotpasten sind durch die höhere Löttemperatur stärker polymerisiert, leicht oxidierbare Metallflächen der Baugruppen oxidieren auch stärker. Zur Vermeidung werden mehr aggressivere Aktivatoren eingesetzt. Die bleifreien Pasten haben ein neues Flussmittelsystem, um die höheren Temperaturen zu überstehen, der Einsatz von höher siedenden Lösemittel und größeren Feststoffanteilen erzeugt mehr und schwieriger lösbare Rückstände, so seine Ausführungen zur Situation im Bleifreizeitalter. Reinigungsversuche mit bleifreien Lotpasten verschiedener Hersteller haben gezeigt, dass sich die Rückstände fast aller Produkte reinigen lassen, vereinzelt musste die Prozesstemperatur bzw. Reinigungszeit erhöht werden. Alle Ergebnisse haben gemeinsam, dass die Baugruppen einer erhöhten chemischen und thermischen Belastung ausgesetzt werden mussten, um alle Rückstände restlos zu entfernen und eine ionisch einwandfreie Oberfläche zu erzielen. Es wurden neue Reinigungsformulierungen entwickelt, die durch Umwandlung der Rückstände in wasserlösliche Bestandteile arbeiten. Als weitere Lösung sprach er eine vom Unternehmen entwickelte Reinigungstechnologie an, die mit einem Gemisch aus Kohlenwasserstoff und HFE arbeitet. Es entsteht ein mobiles, unbrennbares Gemisch mit den Reinigungseigenschaften eines heißen Kohlenwasserstoffes und der Mobilität eines leicht flüchtigen Äthers. Während seiner Reise durch das Reinigen in der bleifreien Welt war viel Informatives zu erfahren. Der letzte Vortrag zum Thema bleifreies Wellen-, Hand- und Reparaturlöten von Ralph Christ gab Antworten zur Wahl des richigten Drahtflussmittelsystem für den Prozess und den Einfluss von bleifrei auf das Hand- und Reparaturlöten. Sein Resümee: höhere Temperaturen und längere Kontaktzeiten erhöhen die Chance, dem Bauteil zu schaden, auf Bildung intermetallischer Verbindungen, dass Flussmittel schneller verdampft oder ein höherer Verbrauch an Lötspitzen herrscht. Durch Minimieren des Wärmetransfers zur Leiterplatte und/oder dem Bauteil kann der potenziellen Beschädigungsgefahr Abhilfe geschaffen werden. Es sollten bleifreie Legierungen mit schnellen Benetzungseigenschaften und niedrigem Schmelzpunkt verwendet werden, genauso wie aktive Flussmittelsysteme. Ausreichend Flussmittel an der Lötstelle stellt in möglichst schneller Zeit eine dauerhafte Lötverbindung her. Lötkolben mit geeigneter Ausgangsleistung und schneller thermischer Nachregelung für das bleifreie Löten sind erforderlich. Nach den Vorträgen konnten die Teilnehmer das Gehörte in der Praxis üben, um einen tieferen Eindruck zu gewinnen. (dj)
SMT, Stand 8-217
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