Alternative für bleifreie Lote

Eckehard Thuß, Fuba, Dresden

Wie das Hot-Air-Levelling (HAL) besitzt die Reinzinnoberfläche eine ausgezeichnete Lötbarkeit. Sie wird auch bei Mehrfach-Lötprozessen garantiert. In den Abbildungen sind Querschliffe von Testplatten abgebildet, deren Oberflächen nach zwei Durchgängen in einem Umluft-Reflow-Ofen auf einer konventionellen Wellenlötmaschine gelötet wurden. Ein einwandfreier Lotdurchstieg und die sehr gute Benetzung sind offensichtlich. Bei den Versuchen wurden die Bedingungen für MacStan HSR nicht optimiert. Es wird mit den Einstellungen gefahren, wie sie auch für HAL üblich sind.

Heute sind elektronische Komponenten mit mehr als 200 Anschlüssen bereits Standard. Eine zuverlässige Oberflächenlö-tung ist nur mit planaren Oberflächen möglich. Diese Anforderung erfüllt der Chemisch-Zinn-Prozess ohne weiteres. Mit HAL dagegen sind diese Anwendungen nach dem Stand der Technik nicht oder nur nach aufwändiger Nachbehandlung möglich. Ebenso ist die Verzinnung von Feinleiterstrukturen ohne Kurzschlüsse und die Behandlung von sehr kleinen Bohrungen (abhängig von der Spezifikation der Beschichtungsanlage ( 0,1 mm)) und dicken Platten kein Problem. Aufgrund des geringen Einflusses der MacStan HSR Beschichtung auf die mechanischen Abmessungen und der günstigen elektrochemischen Eigenschaften eignen sich die Oberflächen auch gut für die Einpresstechnik.

Zinn ist z.B. im Gegensatz zu Gold, Palladium oder Silber elektrochemisch unedler als Kupfer. Es schützt die Kupferoberfläche daher aktiv vor Korrosion. Bei der Beschichtung mit Edelmetallen muss bei Beschädigungen der Oberfläche mit einem Korrosionsangriff auf das Kupfer-Grundmetall gerechnet werden. Ausblühungen und ein vollständiger Verlust der Kontaktier- und der Lötbarkeit in einem großen, wachsenden Bereich um die beschädigte Stelle sind die Folge. Silberoberflächen unterliegen bei normalen Umgebungsbedingungen einer schnellen Korrosion durch immer vorhandene schwefelhaltige Verbindungen in der Luft (braune oder schwar- ze Verfärbung). Die befürchtete Ausbildung von Zinn-IV-Verbindungen auf der Oberfläche von MacStan HSR wurde bei der natürlichen Langzeitlagerung (6 Monate) und bei beschleunigter Dampfalterung (4 h) nicht beobachtet.

Die Lagerfähigkeit bei üblichen Umgebungsbedingungen (empfohlene Lagerbedingungen siehe Kasten) wird also nicht durch Korrosion der Oberfläche beeinflusst. Sie wird lediglich durch die Diffusion des Zinns in das Kupferbasismaterial begrenzt (6 Monate bei normalen Umgebungsbedingungen). Der Diffusionsvorgang findet auch bei Zimmertemperatur statt. Es ist deshalb wichtig, dass eine Mindestschichtdicke (ca. 1 µm) des Zinns eingehalten wird. Falls mit MacStan HSR bearbeitete Leiterplatten zu lange gelagert wurden, kann der Leiterplattenhersteller die alte Zinnschicht in der Regel ohne Probleme entfernen und anschließend neu beschichten.

Mit Zinn oder Zinn/Blei-Loten bildet MacStan HSR eine Diffusionsschicht mit einer hohen mechanischen Festigkeit. Dadurch haben Lötverbindungen auf diesen Oberflächen eine höhere mechanische Zuverlässigkeit als auf Nickel/Gold. Chemisch-Zinn ist deshalb für Geräte, die im Betrieb starken mechanischen Stößen ausgesetzt sind (z.B. tragbare Geräte, Mobiltelefone usw.), die Oberfläche der Wahl. Die Schichten sind jedoch wie HAL und organische Schutzbeschichtungen nicht bondbar. Diese Technik bleibt heute noch Ni/Au-, Ag- oder Pd-Oberflächen vorbehalten.

Bisher wurde mit üblichen Lötstoppmasken, abziehbaren Schutzmasken, Bestückungsdrucken usw. eine sehr gute Verträglichkeit festgestellt. Das gilt auch für die gebräuchlichen Flussmittel, SnPb-Lote und Lotpasten.

 

EPP 195

–Verpackung: Folie, obere und untere Lage mit Seidenpapier geschützt. Platten können ohne Zwischenlagen gestapelt werden

–Lagerung: in empfohlener Verpackung, rel. Luftfeuchte 40 – 90 %, 10 – 30 °C, Lagerzeit max. 6 Monate

–Handhabung: Baumwollhandschuhe verwenden

–Thermische Verfahren: Alle Verfahren, bei denen die Temperatur der Platten längere Zeit über Zimmertemperatur liegt, sollten möglichst vor der Beschichtung durchgeführt werden. Die Auswirkungen von nachträglich aufgebrachten Drucken und Beschichtungen auf die Chemisch-Zinn-Oberfläche werden zur Zeit noch getestet.

–Elektrische Prüfung: Soll wie bei allen Dünnschicht-Endoberflächen vorzugsweise vor der Beschichtung durchgeführt werden. Verletzungen der Oberfläche durch einzelne Messpunkte führen jedoch nicht zu großflächigen Korrosionserscheinungen.

–Konturenbearbeitung: Nach dem Fräsen müssen die Platten mit demineralisiertem Wasser gewaschen und sehr gut getrocknet werden. Vor dem Stapeln sollen die Platten auf Zimmertemperatur abgekühlt sein.