Leute,
Tim Jensen, Produktmanager, PCB Assembly Materials, gilt sicherlich als einer der sachkundigsten Personen auf dem Gebiet des bleifreien Lötens und der Lotmaterialien. Ich konnte ihn vor ein paar Tagen für ein paar Minuten treffen und ihm ein paar Fragen stellen. Hier sind seine Antworten:
Dr. Ron (DR): Tim, RoHS ist jetzt seit fast 18 Monaten in Kraft. Es scheint, dass SAC 305 (96,5% Sn, 3,0% Ag, 0,5% Cu) die Legierung der Wahl für Lötpaste ist. Erstens: Stimmt dies aus Ihrer Sicht und wenn ja, warum ist SAC 305 dominanter als das nahezu eutektische SAC 387? Zweitens, was ist mit bleifreien Legierungen, die wenig oder kein Silber enthalten (um Legierungskosten zu sparen). Ist eine dieser Legierungen für eine Lötpaste oder nur für Lot zum Wellenlöten sinnvoll? Oder gilt immer noch das alte Sprichwort, dass die Hauptkosten für Lötpaste in der Verarbeitung und nicht so sehr im Material liegen?
Tim: SAC305 ist in weiten Teilen der Industrie zur Legierung der Wahl geworden. Der Grund dafür war in erster Linie die Tatsache, dass SAC305 eine kostengünstigere Legierung ist als SAC387. Die bisher durchgeführten Studien haben keine negativen Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit gezeigt. Daher ist die Wahl einer billigeren Legierung ohne Nachteile eine leichte Entscheidung. Ein Nebeneffekt, der bei SAC305 festgestellt wurde, ist, dass aufgrund des geringeren Kunststoffbereichs weniger Grabsteine auftreten als bei SAC387. Allerdings sind die Kosten für Sn und Ag in den letzten Jahren stetig gestiegen. Aufgrund dieses Kostentrends erwägen einige Lötmittelanwender sogar Legierungen mit niedrigerem Ag-Gehalt wie SAC105 (98,5Sn/1,0Ag/0,5Cu) und SAC0307 (99,0Sn/0,3Ag/0,7Cu). Diese Legierungen sind kostengünstiger, haben aber einige erhebliche Verarbeitungsnachteile. Sie werden erst bei 226-227 C vollständig flüssig, was das ohnehin schon enge Zeitfenster für den Pb-freien Reflow-Prozess zusätzlich einschränkt. Der niedrige Ag-Gehalt sollte die Leistung der Legierung bei Falltests (für tragbare Elektronik) verbessern, aber sie ist wahrscheinlich nicht so robust wie SAC305 bei typischen Temperaturwechselbedingungen.
Wegen der knappen Gewinnspannen bei den meisten Unterhaltungselektronikgeräten haben die Assemblierer hart daran gearbeitet, ihre Kosten durch Prozessverbesserungen und durch Preisdruck auf ihre Materiallieferanten zu senken. Da der Preis für Lötpaste sinkt, werden die Auswirkungen der Metallkosten viel wichtiger. Außerdem ist Ag ein teures Metall, so dass sich auch die SAC-Metallkosten stärker auswirken als bei der Sn/Pb-Legierung in der Vergangenheit. Großserienhersteller von Elektronikprodukten werden wahrscheinlich Kosteneinsparungen durch die Verwendung einer Legierung mit niedrigem Ag-Gehalt erzielen. Die Auswirkungen der Gesamtkosten auf das Prozessfenster und die Zuverlässigkeit des Endprodukts sind jedoch noch nicht genau bekannt.
DR: Wie hoch ist aus Ihrer Sicht der ungefähre Anteil an bleifreier und bleihaltiger Paste in den USA und weltweit?
Tim: Je nach Kundenstamm ist die Verteilung von Sn/Pb gegenüber Pb-Free bei jedem Lötpastenlieferanten unterschiedlich. Allgemein gesagt, wird in den Vereinigten Staaten und Westeuropa immer noch ein deutlich höherer Anteil an Sn/Pb als an Pb-Free verwendet. Auf den ersten Blick mag das überraschen. Vor allem, wenn man bedenkt, dass der Vorstoß in Richtung Pb-Free von der EU ausging, die jedoch noch viel Sn/Pb verwendet. Wenn man etwas tiefer gräbt, ergibt es mehr Sinn. Ein erheblicher Teil der an diesen Standorten verbleibenden Produktion besteht häufig aus Produkten mit höherer Zuverlässigkeit, die derzeit von der RoHS-Gesetzgebung ausgenommen sind. Einige Beispiele hierfür sind Militär, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Automobilindustrie. In Gebieten wie China ist ein viel höherer Prozentsatz der verwendeten Lotpaste Pb-frei. Dies ist auch sinnvoll, da ein Großteil der Unterhaltungselektronik in diesen Regionen hergestellt wird. Weltweit sind wahrscheinlich 30-60 % der von den meisten Lötmittelherstellern hergestellten Paste Sn/Pb (je nach Kundenstamm).
DR: Viele Menschen sind besorgt über Lunkerbildung in Lötstellen, doch einige Berichte von iNEMI und anderen legen nahe, dass Lunkerbildung kein Problem für die Zuverlässigkeit darstellt. Was denken Sie über Lunkerbildung und gab es in letzter Zeit Fortschritte bei Lötpasten mit geringer Lunkerbildung?
Tim: Es ist allgemein bekannt, dass es keine direkte Korrelation zwischen dem Prozentsatz der Lunkerbildung und der Zuverlässigkeit der Lötstellen gibt. Lunker können sich auf die Zuverlässigkeit der Lötstelle auswirken, aber in der Regel nur, wenn sie sich an der Stelle befinden, die am stärksten beansprucht wird (in der Regel an der Schnittstelle zwischen Kugel und Bauteil oder zwischen Kugel und Leiterplattenpad ). Lunker im Massenlot haben nur selten Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit der Lötstelle. Die Herausforderung besteht darin, dass die meisten Röntgenuntersuchungen nur eine zweidimensionale Ansicht der Lötstelle und der Lunkerbildung liefern. Daher kann man zwar sehen, wie viele Lunker vorhanden sind, aber nicht, wo (in vertikaler Richtung) sich der Lunker befindet. Da dieses Problem besteht, ist es am logischsten zu sagen, dass je weniger Hohlräume vorhanden sind, desto unwahrscheinlicher ist es, dass an einer der Schnittstellen ein Hohlraum vorhanden ist. Viele der neuesten Generation von Pb-freien Lötpasten weisen bei Standard-BGAs eine recht geringe Lunkerbildung auf. Die technologischen Fortschritte, die die Indium Corporation entwickelt hat, konzentrieren sich darauf, geringe Lunkerbildung in CSPs mit Via-in-Pad-Technologie und unter QFNs auf dem großen Wärmeleitpad zu erreichen.
DR: Die Zuverlässigkeit von bleifreien Lötstellen ist nach wie vor ein Problem. Wie denken Sie über dieses Thema?
Tim: Es gibt erhebliche Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit von Pb-freien Lötstellen in hochzuverlässiger Elektronik. Pb-Free wird seit einigen Jahren in der Unterhaltungselektronik verwendet. Es ist zwar schwer zu sagen, ob Pb-freie Lötstellen zu mehr Ausfällen im Feld beigetragen haben oder nicht, aber diese begrenzte Geschichte sagt uns zumindest, dass es bei diesen Produkten (mit einer erwarteten Lebensdauer von ~5 Jahren oder weniger) keine dramatischen Ausfälle verursacht. Bei hochzuverlässiger Elektronik ist es schwierig, die Auswirkungen von Pb-Free mit Sicherheit zu beurteilen. Es wurde viel Arbeit in die Modellierung gesteckt, um die Lebensdauer der Pb-Free-Lötstellen vorherzusagen. Solange wir jedoch keine realen Daten haben, ist es unmöglich, mit Sicherheit zu wissen, wie gut die Modelle mit realen Anwendungen korrelieren.
Neben der Zuverlässigkeit der Lötstellen gibt es auch Probleme mit den anderen verwendeten Materialien, die sich ebenfalls auf die Zuverlässigkeit des Endprodukts auswirken können. Zum Beispiel kann die in einem Pb-Free-Prozess verwendete Leiterplatte stärker degradieren als in einem Sn/Pb-Prozess. Dies wird wahrscheinlich zu einem weniger zuverlässigen Endprodukt führen. In solchen Fällen ist es nicht die Umstellung auf Pb-Free, die die Zuverlässigkeit beeinträchtigt, sondern vielmehr die Verarbeitungsbedingungen, die für Pb-Free erforderlich sind.
DR: Nun, das ist alles, wofür wir heute Zeit haben. Bleiben Sie dran für weitere Diskussionen mit Tim über halidfreies Löten.
