Nicht alle Metalle passen gut zusammen. Dies gilt auch für die Welt der Elektronik und die darin verwendeten Materialien. Ein relativ neues und relevantes Beispiel entstand mit dem Aufkommen der RoHS und dem Wunsch, einen "Drop-in"-Ersatz für SnPb(Ag)-Lote zu finden. Ein eutektisches Gemisch aus Sn (Zinn) und Zn (Zink) war als möglicher Ersatz sehr attraktiv. 91Sn 9Zn ist eutektisch, enthält keine RoHS-Stoffe und schmilzt bei 199 °C, nur 16 Grad höher als eutektisches SnPb-Lot und ~20 Grad niedriger als übliche SAC-Mischungen, und enthält keine teuren Edelmetalle.
Aber die Legierung enthält Zn. Und das ist aus zwei Gründen ein Show-Stopper. Zn ist ziemlich reaktiv, was es sehr schwierig macht, ein Flussmittel zu erzeugen, das eine stabile Lötpaste ermöglicht (die eine nennenswerte Haltbarkeit hat). Der zweite Grund, auf den wir in diesem Beitrag näher eingehen werden, ist das Elektrodenpotenzial von Zn.
Je größer der Unterschied im Elektrodenpotential zwischen den Metallen ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass galvanische Korrosion auftritt. Das Elektrodenpotential von Cu (Kupfer) beträgt +0,334 V. Das Elektrodenpotential von Sn (Zinn) und Pb (Blei) beträgt -0,140 V bzw. -0,126 V. Das Elektrodenpotential von Zn beträgt hingegen -0,761 V. Ein zufälliger Kontakt von Zn mit Cu kann also einen Potenzialunterschied von 1,095 V erzeugen. Wenn dann noch ein wenig Feuchtigkeit hinzukommt, hat man ein erstklassiges Szenario für das Auftreten von galvanischer Korrosion. Sie kann durch das Vorhandensein von Halogenid-Ionen (Salzsprühnebel) noch verschlimmert werden.
Wäre also eine Lötlegierung aus 91%Sn und 9%Zn in Anbetracht all dessen ein Problem?
Um das herauszufinden, habe ich ein einfaches Experiment durchgeführt.
Ich nahm einige SnZn-Lötbänder und Kupfercoupons, legte sie einfach übereinander und setzte sie über das lange Labor Day-Wochenende (>72 Stunden) 85C/85%RH aus.
Nachfolgend sehen Sie ein Bild des SnZn-Lötbandes, bevor es den oben genannten Bedingungen ausgesetzt wurde.
Das nächste Bild zeigt das SnZn-Lötband, nachdem es >72 Stunden lang 85C/85%RH ausgesetzt war. Diese Probe des Bandes war nicht in Kontakt mit anderen Metallen. Ich wollte herausfinden, wie die "normale" Oxidation dieser Legierung unter diesen Bedingungen aussehen würde. Dies habe ich auch mit den Kupferkupons gemacht. (Nächstes Bild)
Dieses letzte Bild zeigt die Auswirkungen des zufälligen Kontakts von Kupfer mit dem SnZn-Lötband. Beachten Sie, wie viel schlimmer die Oxidation/Korrosion der Kupfercoupons ist.
In diesem einfachen Experiment sehen wir die Auswirkungen der galvanischen Korrosion, die durch den zufälligen Kontakt der SnZn-Lötlegierung mit Kupfer entsteht. Ich sage "zufälliger Kontakt", weil sich die Materialien lediglich berühren, sie wurden nicht zusammengelötet. Es wäre interessant zu sehen, ob der Effekt genauso groß wäre, wenn die Materialien miteinander verbunden wären, ohne dass ein Spalt für das Eindringen von Wasser vorhanden wäre.
