In letzter Zeit habe ich mich mit einer ganzen Reihe von Themen beschäftigt, wobei Lötlegierungen zu meinen Lieblingsthemen zählen. Lange Zeit bestand das meiste Lötzinn (fast das gesamte) aus einer Zinn-Blei-Eutektiklegierung. Alle kamen mit dieser Legierung sehr gut zurecht, bis die RoHS-Richtlinie und andere Änderungen der Vorschriften den Ausschlag zugunsten bleifreier Legierungen gaben, was einen neuen Ansatz bei Lötmaterialien und -verfahren erforderte. Seitdem tendiert die Branche dazu, Zinn-Silber-Kupfer-Legierungen (SAC) in verschiedenen Zusammensetzungen zu verwenden; jedoch hat keine davon alle Eigenschaften erreicht, die Zinn-Blei-Lot bot. Tatsächlich ist eine der störendsten Eigenschaften von SAC-Legierungen die erhöhte Temperatur, die für den Reflow erforderlich ist, und damit die erhöhten Temperaturanforderungen an Bauteile und Leiterplatten.
Um verbesserte Eigenschaften zu erzielen und Nischen zu füllen, die SAC nicht abdeckt, wird derzeit an der Zugabe von Dotierungsstoffen zu SAC-Loten geforscht. An dieser Stelle begann ich, mich für Wismut zu interessieren. Je mehr ich las, desto häufiger stieß ich auf dieses seltsame Metall, über das ich nicht allzu viel wusste (man bedenke, dass ich noch neu auf dem Gebiet des Lötens bin). Dies veranlasste mich zu einer kleinen Recherche, die einige faszinierende Fakten zutage förderte:
· Bismut ist ein sprödes Metall, das aufgrund seines Oberflächenoxids oft einen rosa Schimmer aufweist
· Bismut hat eine niedrige Schmelztemperatur (271 °C)
· Bismut dehnt sich beim Erstarren aus, ähnlich wie Wasser
· Wismut ist das schwerste nicht radioaktive (vielleicht als leicht radioaktiv anzusehende) natürlich vorkommende Metall im Periodensystem
· Wismut wird in der Regel nicht eigenständig abgebaut, sondern ist ein Nebenprodukt des Abbaus von Blei, Zinn, Silber und anderen Metallen.
· Wismut ist das diamagnetischste aller Metalle
· Bismut weist von allen Metallen – mit Ausnahme von Quecksilber – die geringste Wärmeleitfähigkeit auf
· Wismutkristalle zeigen aufgrund der unterschiedlichen Dicke der Oxidschicht auf ihrer Oberfläche ein reflektierendes Farbenspiel in Regenbogenfarben.
· Bismutsubsalicylat, der Wirkstoff in Pepto-Bismol, ist in Frankreich verboten (aufgrund veralteter Befürchtungen, es könne eine Enzephalopathie verursachen)
Aus Sicht der Elektronikwerkstoffe ist die interessanteste Eigenschaft von Wismut, dass es in Legierungen mit anderen Metallen eine niedrige Schmelztemperatur aufweist Legierungen. Insbesondere wenn die Legierung mit Zinn in eutektischer Zusammensetzung legiert wird, schmilzt sie bei 138 °C und weist Eigenschaften auf, die mit denen des Zinn-Blei-Eutektikums vergleichbar sind. Die Sprödigkeit von Wismut ist das größte Problem bei der Verwendung als Lötmetall; dieser Effekt lässt sich jedoch durch die Zugabe von formbareren Metallen zur Legierung abmildern, wie beispielsweise Silber. Viele der gängigen bismuthaltigen Legierungen weisen einen hohen Bismutanteil auf, doch es wird derzeit auch mit geringeren Konzentrationen experimentiert, wodurch sich unterschiedliche Eigenschaften ergeben. Auch wenn die Schmelztemperatur dadurch nicht so drastisch gesenkt wird, kann Bismut in geringeren Konzentrationen die Leistungsfähigkeit bei Falltests und beim Thermoschock verbessern.
Angesichts der wachsenden Bedenken hinsichtlich der Metallkosten könnte Wismut bei der Suche nach alternativen Lötlegierungen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Ich betrachte Wismut mittlerweile als meinen neuen Freund, da es meiner Meinung nach neue Forschungsansätze eröffnet und vielversprechend für verbesserte Niedertemperaturlegierungen erscheint.
