Leute,
fragt Richard:
Lieber Dr. Ron,
Vor kurzem hatten wir ein Lötproblem mit verzinnten Bauteilanschlüssen und SAC305-Lötpaste. Einer unserer Ingenieure behauptete, dass das Problem darin bestand, dass die Zinnoberfläche bei einer zu hohen Temperatur (Tm= 232°C), so dass die SAC305-Lotpaste (Tm = 219°C) zu schmelzen.
Meinem Verständnis nach schmelzen bei einer Temperatur von über 232°C beide schmelzen und eine gute Lötstelle bilden, aber selbst wenn die Temperatur unter 232°C, sagen wir 225°C, würde das Zinn schmelzen. Können Sie dieses Phänomen erklären?
Richard,
Vielen Dank für diese Frage, die auf zwei Arten interpretiert werden kann. Die erste wäre, dass in einem Reflow-Ofen bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt beider Metalle das Metall mit der höheren Schmelztemperatur das Metall mit der niedrigeren Schmelztemperatur daran hindert, es zu schmelzen. Das stimmt nicht, denn beide Metalle würden sich der Temperatur der Luft im Reflow-Ofen nähern und schmelzen.
Die andere Perspektive wäre, dass die Temperatur im Reflow-Ofen über der Schmelztemperatur von SAC305, aber unter der von Zinn liegt. Wie kann also das Zinn schmelzen? Nehmen wir an, der Ofen hat eine Temperatur von 228 °C. Wird das Zinn auf der Blei- oder Pad-Oberfläche schmelzen? Die Antwort lautet ja. Aber versuchen wir zunächst, das Phänomen mit Gold und Zinn zu verstehen.
Metalle mit extrem unterschiedlichen Schmelzpunkten lösen sich oft ineinander auf. Wie Sie sagten, schmilzt Zinn bei 232 °C, Gold dagegen bei 1064 °C.
Dieses Phasendiagramm ist hier zu finden .
Abbildung 1. Das Gold-Zinn-Phasendiagramm
Um ein Gold-Zinn-Lot herzustellen, braucht man nur ein Zinnbad mit einer moderaten Temperatur, etwa 350°C. Legen Sie das Gold hinein, und das Gold wird schmelzen und in das geschmolzene Zinn fließen. Dies gilt selbst dann, wenn das Gold bei 1064 °C schmilzt. Dieser Effekt kann experimentell nachgewiesen werden. Ein ähnliches Phänomen gibt es bei Gold und Quecksilber. Quecksilber reagiert bei Umgebungstemperaturen mit Gold. Dieses Phänomen kann genutzt werden, um winzige Goldpartikel aus dem Boden zu extrahieren, und wird heute häufig im handwerklichen Goldbergbau eingesetzt. Leider ist diese Verwendung von Quecksilber oft giftig für die Bergleute und verschmutzt die Umwelt.
Betrachten wir noch einmal Lote für die Elektronikmontage und nehmen wir an, dass ein flüssiges Zinn-Blei-Lot auf 200 °C erhitzt wird. Siehe Abbildung 2a. Wie in dieser Abbildung zu sehen ist, wird eine 25 °C heiße Zinnkugel über das geschmolzene Lötzinn gehalten. In Abbildung 2b wird die Zinnkugel in das geschmolzene Lötzinn-Blei getaucht. Das Bleizinn-Lot bildet einen Meniskus um das feste Zinn. Selbst bei Raumtemperatur schwingen die Zinnatome, so dass einige dieser Atome auf der Zinnkugel in das Zinn-Blei-Lot fließen. Dieser Vorgang hinterlässt in der Zinnkugel eine Lücke, die durch ein Bleiatom aus dem Bleizinn-Lot gefüllt werden kann. In der Nähe des neu hinzugekommenen Bleiatoms wird die Schmelztemperatur dieser Mikrostelle der Zinn-Blei-Legierung gesenkt, da die Schmelztemperatur von Zinn-Blei-Lot unter der von Zinn liegt. Dieser Prozess setzt sich fort, bis sich das gesamte Zinn mit dem Bleizinn-Lot vermischt und in dieses fließt, wie in den Abbildungen 2c bis 2f zu sehen ist.
Abbildung 2a
Abbildung 2b
Abbildung 2c
Abbildung 2d
Abbildung 2e
Abbildung 2f
Unten sehen Sie ein Video, das ein Experiment zeigt, bei dem SAC-Lot in Bleizinn-Lot bei 208 °C (etwa 10 °C unter dem Schmelzpunkt von SAC-Lot) fließt. Vielen Dank an Mario Scalzo für dieses Video.
Zum Wohl,
Dr. Ron
