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Wie wählt man die richtige bleifreie Lotpaste? Chris Nash, Indium Corporation

Für ein zuverlässiges Endprodukt
Wie wählt man die richtige bleifreie Lotpaste? Chris Nash, Indium Corporation

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Wie kann man bei all den unterschiedlichen bleifreien Lotpasten, die heute auf dem Markt angeboten werden, überhaupt wissen, welche Paste ein zuverlässiges Endprodukt sicherstellt? Diese Frage können nur Experten beantworten. Ein paar kurze Anrufe beim Pastenhersteller und Sie sind in kürzester Zeit in der Lage, bleifreie Leiterplatten zu produzieren. Los geht’s. Es gibt verschiedene Parameter und Informationen, die Ihr Experte vom Technischen Kundendienst wissen muss, um Ihnen dabei zu helfen, die perfekte Lotpaste für die jeweilige Anwendung auszuwählen. Mit ihrem Wissen zu Produkten und Prozess können diese Experten Empfehlungen zu angemessener Legierung, Flussmittelträger, Pulvergröße, Metallanteil und Verpackungsmethode geben, basierend auf den Informationen, die sie von Ihnen bekommen. Sobald diese Informationen festgelegt sind, können Sie die Proben verschiedener, bleifreier Lotpasten ausprobieren.

Lothersteller bieten verschiedenste Lotpasten an, sowohl als No-Clean als auch wasserlösliche Lotpasten. Bleifreie Lotpasten sind über die vergangenen Jahre hinweg entwickelt worden. Benetzungseigenschaften, Solder Balling, Verspritzen, Voiding (Poren-/Blasenbildung) und Halogenanteil gehören zu den vielen Herausforderungen, denen sich die Industrie beim Wechsel von den häufiger gebrauchten Zinn/Blei-Loten zu bleifreiem Lot gegenüber sieht. Jede dieser Herausforderungen präsentierte allerdings auch die Chance für innovativere Lösungen und die Entwicklung neuer Lotpasten. Trotzdem – eine Lotpaste, die alles kann, d. h. bei absolut jeder Anwendung perfekt funktioniert, wird es wohl nie geben. Daher ist es wichtig zu entscheiden, welche der problematischeren Punkte zur potenziellen Gefahr für Ihre Produkte und Ihren Prozess werden können, und sich darauf zu konzentrieren, eine Lotpaste auszuwählen, die in diesen Bereichen ihre Stärken hat.

Die richtige Legierung
Bei einem Angebot von Hunderten verschiedener, momentan auf dem Markt verfügbarer Legierungen, kann die Wahl der idealen, bleifreien Lotlegierung für Ihre Anwendung der schwierigste Teil des Prozesses sein. Viele Unternehmen folgen weiterhin dem allgemeinen Industrieverhalten und benutzen eine SAC oder Zinn/Silber/Kupfer (Sn/Ag/Cu) Legierung für ihre bleifreien Anwendungen. SAC305 (96,5Sn/3,0Ag/0,5Cu) hat sich zur vorherrschenden Legierung etabliert; aber auch SAC387, SAC105 und SAC405 werden immer beliebter. Bleifreie Legierungen beschränken sich allerdings nicht auf die SAC Legierungen. Indium- oder Bismuth-haltige Legierungen eignen sich für Niedrigtemperaturprozesse, während Gold-haltige Legierungen wie 80Au/20Sn am besten für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind. Um zu bestimmen, welche Legierung sich am besten für Ihre Anwendung eignet, muss Ihr technischer Experte die folgenden Informationen haben:
  • Was ist die ideale Schmelztemperatur für die Legierung?
  • Gibt es Temperatureinschränkungen durch Leiterplatte oder Bauteile?
  • Auf was für Oberflächen soll gelötet werden?
  • Benötigen Sie eine bleifreie Legierung?
Die Antworten auf diese Fragen helfen Ihnen bei der Wahl der geeigneten Legierung für Ihre spezielle Anwendung.
Flussmittelträger
Nachdem Sie eine Legierung gewählt haben, ist der nächste Schritt, den besten Flussmittelträger auszusuchen. Die Wahl zwischen wasserlöslichen und No-Clean Materialien basiert üblicherweise darauf, was Sie in der Vergangenheit eingesetzt haben und welche Anlagen Sie bereits besitzen oder eventuell kaufen wollen. Oft, und besonders im Fall von Lohnbestückung, gibt der Kunde vor, ob die fertige Leiterplatte gereinigt werden soll oder nicht, und spezifiziert gegebenenfalls auch den zu gebrauchenden Flussmitteltyp. Ein Unterschied zwischen wasserlöslichen und No-Clean Materialien ist, dass der Flussmittelrückstand bei ersteren nach dem Reflow abgewaschen werden muss. Die Rückstände von No-Clean Flussmitteln sind nach dem Reflow nicht schädlich und müssen nicht entfernt werden. Allerdings reinigen mehr und mehr Unternehmen auch die Rückstände von No-Clean Materialien, um das kosmetische Erscheinungsbild zu verbessern. No-Clean Rückstände können mit einem handelsüblichen Flussmittel-Reinigungsmittel entfernt werden, während die Rückstände von wasserlöslichen Materialien normalerweise einfach mit deionisiertem Wasser entfernt werden. Beim Reinigen von Rückständen gleich welchen Flussmitteltyps muss sichergestellt sein, dass sie komplett entfernt werden, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen und andere, zukünftige Probleme mit der Leiterplatte oder dem Endprodukt zu vermeiden.
Lothersteller bieten verschiedenste Lotpasten an, sowohl als No-Clean als auch wasserlösliche Lotpasten. Bleifreie Lotpasten sind über die vergangenen Jahre hinweg entwickelt worden. Die heutzutage verfügbaren Produkte schließen neue und verbesserte Rezepte ein, die teilweise als Antwort auf neue Problemstellungen entwickelt wurden, denen sich die Industrie gegenüber sah. Es ist wichtig zu entscheiden, welche der problematischeren Punkte für Sie und Ihren Prozess am kritischsten sind, und daraufhin eine Lotpaste auszuwählen, die in diesen Bereichen ihre Stärken hat. Selbst wenn bei Ihren Prozessen bisher keine der Problematiken aufgetreten sind, die diese neuen Rezepte eliminieren sollen, weiß man nie, welchen Schwierigkeiten man sich bei zukünftigen Anwendungen gegenüber sieht. Es ist immer gut, sich frühzeitig auf potenzielle Herausforderungen vorzubereiten.
Pulvergröße
Der nächste zu beachtende Punkt ist die Pulvergröße, d. h. die Größe der Lotpulverteilchen. Die Auswahl der geeigneten Pulvergröße für eine spezielle Anwendung ist ein grundlegender Aspekt, der sich schlussendlich auf die Druckeigenschaften der Lotpaste in Bezug auf das Schablonendesign auswirkt. Das Schablonendesign, und ganz speziell das Flächenverhältnis der Aperturen, spielt hinsichtlich der Druckeigenschaften einer Lotpaste eine noch wichtigere Rolle.
Das Flächenverhältnis ist ein essenzieller Aspekt für den Druckprozess und die Auswahl des geeigneten Lotpulvers. Die Berechnung des Flächenverhältnisses und die Wahl der entsprechenden Pulvergröße unterstützen eine gute Auslösung der Paste aus den Aperturen. Das Flächenverhältnis ist das Verhältnis zwischen der Größe der Apertur und der Fläche der Aperturwände (Größe der Apertur/Fläche der Aperturwände $ 0,66). Nachdem die angemessene Aperturgröße bestimmt wurde, kann die entsprechende Pulvergröße ausgewählt werden. Es ist wichtig, dass bei allen Aperturen immer mindestens 4 oder 5 Lotkugeln (von der jeweils größten Teilchengröße) nebeneinander durch die Apertur passen. Die folgende Tabelle kann als Richtlinie dienen.
Metallanteil und Verpackung
Der nächste Schritt ist die Wahl der Verpackungsart, die im Endeffekt den Metallanteil bestimmt. Es gibt die unterschiedlichsten Behältnisse, einschließlich Dosen, Kartuschen, Spritzen und Proflow Kasetten. Mit Ausnahme der Proflow Kasette sind all diese Verpackungsarten in verschiedenen Größen verfügbar, um Ihrem Einsatztyp und Ihren Wünschen zu entsprechen. Der Metallanteil ist der prozentuale Gewichtsanteil von Metall in der Lotpaste. Er wird üblicherweise durch den spezifischen Flussmittelträger, die Pulvergröße, die Verpackungsmethode und die Erfahrung und das Wissen des Pastenherstellers bestimmt. Der Metallanteil liegt beim Drucken normalerweise im Bereich von 88 % bis 91 % und beim Dispensen aus einer Spritze bei 83 % bis 87 %. Es ist immer gut, den Pastenhersteller den Metallanteil bestimmen zu lassen, da er am meisten Erfahrung damit hat, welcher Anteil am besten für eine bestimmte Anwendung und Lotpaste geeignet ist.
Testen
Nun, da Sie die notwendigen Parameter für Ihre ideale bleifreie Lotpaste festgelegt haben, ist es an der Zeit, Proben all der Pasten zu bekommen, die Ihren Anforderungen entsprechen, und diese gegeneinander zu testen, um die am besten für Ihren Prozess geeignete auszusuchen. Bevor Sie aber mit den eigentlichen Tests beginnen, sollten Sie einen Versuchsplan (Design of Experiment, DOE) erstellen, um sicherzustellen, dass die Tests auch korrekt sind. Der DOE sollte so ausgelegt sein, dass alle Aspekte des Lotpastenprozesses geprüft werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Drucken, Bauteilplatzierung, Reflow und Reinigung (falls diese durchgeführt wird). Dann werden die Testergebnisse die geeignete, bleifreie Lotpaste für Ihren Fertigungsprozess bestimmen.
Fazit
Die Wahl der idealen, bleifreien Lotpaste für Ihre spezielle Lötanwendung kann eine Herausforderung darstellen. Aber glücklicherweise gibt es Experten, die Sie bei der Wahl der richtigen Legierung, Flussmittelträger, Metallanteil und Verpackungsart für Ihren Prozess unterstützen können. Außerdem können Sie mit deren Hilfe einen Versuchsplan erstellen, der geeignet ist, die richtigen Produkte für Ihre Ansprüche auszusuchen.
SMT, Stand 7-430
EPP 446
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