Leute,
Löten ermöglicht moderne Elektronik. Ohne Lot würde es keine Elektronik geben. Kupfer schmilzt bei 1085 °C, doch mit Lot können wir Kupfer und Kupfer bei 235 °C oder weniger mit den heutigen bleifreien Loten verbinden. Diese niedrigeren Temperaturen sind erforderlich, da elektronische Gehäuse und Leiterplatten aus Polymermaterialien hergestellt werden, die Temperaturen von weit über 235 °C nicht überstehen.
Vor der Einführung von RoHS schmolzen Zinn-Blei-Lote bei etwa 35°C weniger als bleifreie Lote. Heute sind die Löttemperaturen also so hoch wie nie zuvor. Für einige Anwendungen wäre es wünschenswert, Lote zu haben, die näher an der Zinn-Blei-Temperatur schmelzen. Dieser Wunsch hat das Interesse an Loten mit niedrigem Schmelzpunkt, wie z. B. Zinn-Wismut-Loten, verstärkt. Eutektisches SnBi schmilzt bei 138 °C, so dass Reflow-Ofentemperaturen im Bereich von 170 °C verwendet werden können. Diese niedrigeren Reflow-Temperaturen sind für einige zerbrechliche Bauteile und Leiterplatten schonender und verringern Defekte wie das Aufplatzen von Leiterplatten und Masern. Der niedrigere Schmelzpunkt von SnBi-Loten schränkt jedoch ihre Anwendung in vielen rauen Umgebungen ein, z. B. in der Automobil- und Militärtechnik. Als Faustregel gilt, dass ein Lot nicht über 80 bis 90 % seines Schmelzpunktes auf der Kelvinskala verwendet werden sollte. Für SnBi-Lot liegt dieser Temperaturbereich bei 55,8 - 96,9°C. Diese Temperaturen liegen weit unter den Einsatztemperaturen in einigen rauen Umgebungen. Darüber hinaus können SnBi-Lote spröde sein und schneiden daher bei Fallschocktests schlecht ab.
So, the electronics world could use a solder that can reflow at a little over 200°C, but still have a high use temperature. This situation would appear to be an unsolvable conundrum. However, my colleagues at Indium Corporation, lead by Dr. Ning-Cheng Lee, have solved it. They used an indium-containing solder powder, Powder A, that melts at <180°C and combined it with Powder B that melts at ~220°C. By reflowing at about 205°C, Powder A melts and Powder B is dissolved by the melted Powder A. To achieve this effect, the 205°C temperature must be held for approximately two minutes. The remelt temperature of the final solder joint is above 180°C. I discussed the phenomenon of a liquid metal dissolving another that melts at a higher temperature in a previous post. An extreme example of this effect is mercury dissolving gold at room temperature. So, don’t drop any gold or silver jewelry into a wave soldering pot and expect to fish it out an hour later!
Pulver A wäre für sich genommen kein Kandidat, da es teilweise bei 113°C und teilweise bei 140°C schmilzt.
Unter Anwendung der oben genannten Kriterien kann die Einsatztemperatur dieser neuen Lötpulvermischung nach dem Aufschmelzen im Bereich von 89,4 bis 134,7 °C liegen, da die Umschmelztemperatur über 180 °C liegt. Tests, die von Dr. Lee und seinem Team durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die resultierenden Lötstellen auch eine gute bis ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und Fallschockfestigkeit aufweisen. Diese neue Lötpaste wird DurafuseTMLT genannt.
Die Abbildungen 1-3 zeigen schematisch, wie das Schmelzen der beiden Pulver bei einer Reflow-Spitzentemperatur von 205°C ablaufen würde.
Abbildung 1. Puder A und Puder B bei Raumtemperatur.
Abbildung 2. Bei 205°C ist Pulver A geschmolzen und beginnt sich in Pulver B aufzulösen.
Abbildung 3. Nach etwa einer Minute bei 205 °C beginnt sich Pulver B aufzulösen. Wenn genügend Zeit vergeht, löst es sich vollständig in Pulver A auf. Das Ergebnis ist eine neue Legierung mit einer Wiederaufschmelztemperatur von über 180 °C sowie guten bis sehr guten Wärmeformbeständigkeiten und Fallschockeigenschaften.
Für mich ist diese Erfindung eine der bedeutendsten im SMT-Bereich seit einer Generation. Man könnte sagen, dass es so etwas wie der heilige Gral des Lötens ist: Schmelzen bei niedriger Temperatur mit einer Lebensdauer bei hoher Temperatur. Weitere Informationen über DurafuseTM LT finden Sie in den Blogs meiner Kollegin von Indium Corporation, Claire Hotvedt.
Zum Wohl,
Dr. Ron
PS. Ich habe ein Excel®-Tabellenblatt zur Berechnung der Gebrauchstemperaturen entwickelt. Sie wandelt Grad C in K um. Ich habe sie zur Berechnung der oben genannten Gebrauchstemperaturen verwendet. Wenn Sie eine Kopie davon haben möchten, schicken Sie mir eine Nachricht an [email protected].
