Reibungsloser Wechsel zu Bleifrei

Thomas Kolossa, Balver Zinn, Balve

Lothersteller Balver Zinn unterstützt weltweit seine Kunden in der Produktionsumstellung, und bietet für die verschiedenen Lötaufgaben die passenden Lösungen.

Die Umstellung auf eine bleifreie Produktion erfordert eine Anpassung des Lötprozesses sowie die Modifizierung oder, bei älteren Anlagen, die komplette Erneuerung der Lotanlage. Zur Umrüstung gehört meist der Austausch von Tiegeln, Pumpen und Düsen, die bisher auf bleihaltiges Lot abgestimmt sind. Denn durch die Verwendung bleifreier Lote korrodieren die bestehenden Anlagen sehr schnell. Auch das komplette Transportsystem oder die Vorheizzone müssen in der Konzeption überdacht werden, denn jetzt schon wechseln viele Produktionen auf VOC-freie Flussmittel. Durch eine Vielzahl von Tests muss bestimmt werden, welches Lot in der Zukunft eingesetzt wird. Unter Umständen muss auch das Design der Boards geändert werden. Beim Löten selbst ändern sich einige Parameter wie Flussmittelmenge, Vorheiztemperatur mit circa 120°C Leiterplattenoberseite und einer Lotbadtemperatur von circa 265°C, und die Kontaktzeit von circa 3 bis 4 Sekunden durch langsamere Durchlaufgeschwindigkeit oder Wellenkonfiguration.

Ein Problem bei alten Anlagen ist nicht nur die Leistung – höhere und konstante Heizleistungen in der Vorheizung und im Lotbad – sondern durch die neuen bleifreien Lote und VOC-freien Flussmittel werden die Oberflächen der Anlagenelemente angegriffen. Ebenfalls können Schwierigkeiten auftreten, wenn die Bauteile die höheren Verarbeitungstemperaturen nicht vertragen. Ein weiteres Problem ist die Kontamination verschiedener Elemente von Leiterplatten und Bauteilen, wie zum Beispiel Kupfer-, Silber-, oder in der Umstellungsphase Bleileaching, die das Lötergebnis und unter Umständen die Zuverlässigkeit negativ beeinflussen können. Wichtig ist daher eine sehr enge Prozessführung zum Beispiel durch regelmäßige Lotbadproben.

Herstellern, die ihre Produktion noch nicht auf Bleifrei umgestellt haben, bleibt nicht mehr viel Zeit bis zum Stichtag. Der optimale Umstellungszeitpunkt war Anfang diesen Jahres. Denn der Kunde muss noch am Produkt lernen, das heißt, er muss wissen wie Fließeigenschaft und Benetzung sind. Unter Umständen muss das Design der Leiterplatten verändert oder Bauteile umgestellt werden. Das bringt eine Umstellung der Logistik mit sich, die sehr komplex sein kann. Die Unternehmen sollten so schnell wie möglich umstellen, um noch ihre eigenen Felderfahrungen mit der bleifreien Verarbeitung sammeln zu können. Die Zuverlässigkeit der Verbindungen wird an Testboards oder besser noch an der jeweiligen aktuellen Baugruppe in reeller Funktion geprüft. Letztendlich entscheidet die Kombination aus Anschlusswerkstoffen, Leiterplatten, Bauelementen sowie den unterschiedlichen Fertigungsprozessen und den Layouts die Zuverlässigkeit der fertigen Baugruppen.

Seit 2000 wurden bereits mehrere hundert Unternehmen mit Hilfe von Balver Zinn auf Bleifrei umgestellt. Die meisten der Abnehmer stammen aus dem Segment weiße und braune Ware im Consumer-Bereich, aber auch aus Automobilindustrie, Luftfahrt und Medizintechnik. Sie erhalten sozusagen die komplette Bleifrei-Lösung aus einer Hand, das heißt, bleifreie Produkte, umfassende Beratung zur Umstellung, Analyse der gegebenen Parameter, Service wie Reinigung der alten Maschinen sowie technischen Support. Balver Zinn entsorgt das Alt-Lot und erstellt beim Kauf bleifreier eigener Lote auf Wunsch Schliffbilder mit genauer Analyse, zum Beispiel ob die Benetzung der Lötstellen gleichmäßig und homogen ist. Bei bestehenden Anlagen, die beispielsweise noch 2 bis 3 Jahre überbrücken müssen bis eine neue Maschine angeschafft wird, erstellt das Unternehmen ein Gutachten über die Bleifrei-Fähigkeit. Schon seit fünf Jahren werden der Elektronikindustrie bleifreie Produkte angeboten, so dass in dem Bereich mittlerweile ein großer Erfahrungsschatz im Unternehmen aufgebaut werden konnte. Der Umstellungsprozess bis zur Produktion der ersten Musterplatine wird begleitet und dabei eine RoHS-konforme Umstellung garantiert.

Das Lotbad kann durch Ablegierreaktionen verunreinigt werden. Eine Kontrolle ist daher wichtig. Balver Zinn bietet seinen Kunden eine Lotbadanalyse, die in den ersten 12 bis 16 Wochen nach der Umstellung sogar wöchentlich vorgenommen wird. Dabei schickt der Kunde eine Probe, die auf Verunreinigung und Kontamination untersucht wird. Das Ergebnis der Analyse erhält der Kunde in der Regel innerhalb von 24 Stunden.

Balver Zinn bietet mit seinem Lot SN100C ein Produkt mit patentierter Legierung, das für den bleifreien Lötprozess viele Vorteile aufweist. Mittlerweile werden weltweit beispielsweise schon über 1000 Lötanlagen mit SN100C (SnCu0,7Ni0,1) betrieben, 300 davon in Europa. Das Besondere an SN100C: Es bietet die Vorzüge einer SnCu-Verbindung – geringere Rohmaterialkosten, gute Recyclebarkeit – und hat durch seine Nickelstabilisierung noch weitere positive Eigenschaften. Die eutektische Legierung ist einfach zu handhaben und zeichnet sich durch die niedrigste Kupferablösung aus. Die Ni-Stabilisierung ist Grund dafür, dass das Lot deutlich feinkörniger ist. Beim Abkühlen werden die Bildung nadelartiger Cu6Sn5 Kristalle verzögert, und rundere Strukturen gefördert. Resultat ist eine hoch glänzende Lötstelle mit einem gleichmäßigem Gefüge. Ein weiterer Vorteil von SN100C gegenüber dem herkömmlichen SnCu0,7 ist die Anwendungstemperatur von 255 bis 265°C. Der Schmelzpunkt von SN100C liegt bei 227°C. Des Weiteren kann man mit SN100C in bestehenden Anlagen eine Zeit lang ohne Beschichtung produzieren. Die Praxiserfahrungen der letzten fünf Jahre durch viele Anwendungen in Europa und Asien haben gezeigt, dass es beim Einsatz von SN100C keine Ausfälle durch fehlerhafte Lötverbindungen gegeben hat.

Balver Zinn bietet der Elektronikindustrie in seiner SN100C-Serie eine umfangreiche Palette an Loten verschiedener Formate – Lotdraht, Lotpaste, Massivlote – für alle bleifreien Lotaufgaben vom Reflowlöten und Hot Air Levelling über Wellenlöten in der Großserie bis hin zum manuellen und Selektivlöten. Das wasserbasierte, lösemittelfreie Balver Zinn Flussmittel 2420NC rundet das Bleifrei-Produktprogramm ab. Wenn sich der Kunde aber für SnAgCu entscheidet, können hier auch entsprechende Produkte angeboten werden. Balver Zinn hatte als einer der ersten Lothersteller in Europa die Lizenzen für SnAgCu Patente (Iowa und Senju) erworben.

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