Leute
Kürzlich unterhielt ich mich mit Mike Fenner von der Indium Corporation über Sn/Cu-Legierungen für Lötpasten. Mike hat viele Jahre Erfahrung und ich schätze seine Meinung sehr. Hier ist eine Zusammenfassung seiner Gedanken.
Dr. Ron:
Mike, die Verwendung von SnCu-Legierungen für Lötpasten ist in der Branche in aller Munde, und wir alle wissen, dass sich einige dieser Legierungen beim Wellenlöten bewährt haben, aber was ist mit den Legierungen, die in einer Lötpaste für den Reflow-Prozess verwendet werden?
Mike Fenner:
1) Erinnern wir uns daran, dass die Elektronikindustrie seit mehr als 50 Jahren einen Bedarf an einer zuverlässigen Legierung für höhere Temperaturen hat (im Vergleich zu eutektischem Zinn/Blei). Interessanterweise wurde Sn/Ag aufgrund seiner überlegenen mechanischen und physikalischen Eigenschaften Sn/Cu vorgezogen. Anwender waren und sind die Avionik-, Militär-, Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie die medizinische Industrie.
Sn/Ag war schon immer teurer als Sn/Cu. Die Frage"Können wir Ag-freie Legierungen wie Sn/5Sb, Sn/0.X Cu verwenden?" wird also seit der Entwicklung dieser Legierungen gestellt. Die Schlussfolgerung lautet immer nein.
2) Als unsere Branche zur obligatorischen Pb-Freiheit überging, haben alle Großen und Guten der Branche die möglichen Legierungswahlen neu bewertet. Diese Lieferanten, Anwender, Universitäten und Industrieverbände entschieden sich nicht für Sn/Cu, sondern für Sn/Ag mit einem geringen Cu-Anteil, was wir heute als SAC-Legierungen bezeichnen. Da Sn/Ag (letztlich) eine SAC-Legierung ergibt, wenn es mit Cu verlötet wird, ist dies im Wesentlichen die gleiche Legierung für die Leiterplattenhersteller.
3) Alle in der Legierungsprüfung erzeugten Testdaten sind in öffentlichen Datenbanken verfügbar wie http://www.boulder.nist.gov/div853/lead_free/props01.html
Nirgendwo steht, dass Sn/Cu besser ist als Sn/Ag/Cu. Das Gegenteil ist der Fall.
4) Die Befürworter von Sn/Cu-Lötpaste behaupten, dass sie mit dem gleichen thermischen Profil wie SAC-Legierungen reflowiert werden kann, was nicht der Fall ist; SAC schmilzt bei etwa 217°C, Sn/Cu dagegen bei 227°C. Darüber hinaus gibt es zwar viele Daten für Sn/Cu-Wellenlötverbindungen (Durchgangslöcher), aber keine Langzeittestdaten für Sn/Cu-Reflow-Lötverbindungen (SMT).
5) Der Hauptvorteil der beliebten Sn/Cu-Legierung beim Wellenlöten ist, dass sie den Löttopf, die Impeller und andere Geräte nicht auflöst. Dies ist auf den Zusatz von Spuren von Ni in der Legierung zurückzuführen. Ge wird in der Regel auch als Antioxidationsmittel zugesetzt, um die Krätzebildung zu verringern. Diese Spurenelementzugaben führen auch zu Kornveränderungen, weshalb die Verbindungen im Vergleich zu SAC-Legierungen relativ hell aussehen. Dies sind Vorteile für den Wellenprozess, die jedoch beim Reflow-Verfahren keine Rolle spielen, da sie für den Reflow-Anwender keine Vorteile im Betrieb darstellen.
6) Die Belastung einer Lötstelle mit Durchgangsbohrung ist relativ gering. Dies steht in völligem Gegensatz zu der sehr kleinen, unverstärkten, einseitigen SMT-Verbindung. Eine Durchstecklötstelle ist viel größer und stärker als eine SMT-Verbindung. Die Größe und Struktur der Verbindung ist bei diesen beiden Verfahren völlig unterschiedlich. Außerdem wird beim Wellenlöten die Bauteilbefestigung wie eine Niete ausgeführt, wobei die Bauteilzuführung durch die Leiterplatte hindurchgeht und auf der anderen Seite wieder herauskommt, unterstützt durch eine Lötstelle auf jeder Seite. Im Grunde genommen gibt es zwei "Anker" pro Anschluss. Alle Zuverlässigkeitsdaten zu Sn/Cu wurden ausschließlich aus Durchstecklötungen gewonnen. Bei gleicher Temperaturwechselbelastung ist eine Lötstelle mit Durchgangslöchern aufgrund der Strukturmechanik natürlich stärker. Die richtige Antwort auf Behauptungen über die Langzeitzuverlässigkeit wäre, sicherzustellen, dass Sie Durchstecklöcher mit Durchstecklöchern und SMT mit SMT vergleichen.
7) Wenn Kunden Lötpasten bewerten, welche Kriterien bestimmen dann ihre endgültige Auswahl? Meistens ist die Antwort eine Kombination aus den folgenden Leistungsbereichen: Materiallagerung und -handhabung, Druck, Bauteilrückhaltung, Slump, Reaktion auf Pause, Benetzung, Voiding, Head-in-Pillow usw. Für alle diese Eigenschaften ist in erster Linie die Formulierung des Flussmittels/Vehikels verantwortlich. Die Leistung in diesen Bereichen hat nur sehr wenig mit der Lotlegierung zu tun. Hinzu kommt, dass die Hauptkosten der meisten Lötpasten im Herstellungsprozess liegen. Die Legierung ist in der Regel ein sekundärer Kostenfaktor (obwohl dies bei einem hohen Edelmetallanteil nicht unbedingt der Fall ist).
Zusammenfassung SMT ist kein Wellenlöten. Wenn Sie nach Kosteneinsparungen in Ihrem SMT-Reflow-Prozess suchen, kann die Verwendung einer Sn/Cu-Lotpaste ein sehr teurer Weg sein, um diese Ergebnisse zu erzielen.
Dr. Ron:Danke, Mike, für deinen Einblick!
Das Bild zum Wellenlöten finden Sie unter http://www.assembly-sol.com/images/d/gall/wave-soldering.jpg.
