Dr. Ronald C. Lasky: Ed Briggs von der Indium Corporation hatte die großartige Idee, einen Artikel über die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Lötvorformlingen zu verfassen. Er bat mich, den Artikel zu redigieren und zu begutachten; der Titel lautete „The Versatile Preform“.
Eine Vorform ist ein Stück Lötzinn in den unterschiedlichsten Formen. Häufig sind die Vorformen mit Lötflussmittel beschichtet oder enthalten Flussmittel im Inneren des Metalls. Vorformen, die wie hier beschrieben mit einem Flussmittel im Inneren geformt sind, werden in der Regel als „flussmittelgefüllt“ bezeichnet. Vorformen gibt es jedoch in sechs Lötzinn-Familien: auf Gallium-, Wismut-, Indium-, Zinn-, Blei- und Goldbasis. Es gibt mehr als 200 verschiedene Legierungen, aus denen Vorformlinge hergestellt werden können.
Ich möchte klarstellen, dass Lötpasten von entscheidender Bedeutung sind, da sie das grundlegende Material bei der elektronischen Oberflächenmontage darstellen. Ihre Beschaffenheit bringt jedoch einige Herausforderungen mit sich. Das Flussmittel in der Lötpaste muss aktiv genug sein, um Oxide während des Reflow-Prozesses zu entfernen, darf das Lötpulver jedoch während der Lagerung der Paste nicht beeinträchtigen. Da Lötpaste zu etwa 50 Volumenprozent aus Flussmittel besteht, umhüllt das Flussmittel alle Lötpulverpartikel, was die langfristige Lagerung der Paste zu einer Herausforderung macht.
Die Haltbarkeit dieser Paste wird in Monaten gemessen. Da die Vorformlinge fest sind, steht während der Lagerung eine deutlich geringere Oberfläche der Lötlegierung zur Wechselwirkung mit der geringen Menge an Vorformling-Flussmittel zur Verfügung. Die Haltbarkeit der Vorformlinge ist nahezu unbegrenzt. Der Temperaturbereich der Vorformlinge ist sehr breit gefächert. Lötpasten auf Zinnbasis, wie beispielsweise Zinn-Blei- und bleifreie Pasten, haben einen Schmelzbereich zwischen 183 und 229 °C. Bei den sechs Legierungsfamilien für Vorformlinge reicht der Bereich von 8 °C bis 1.064 °C.
Zu den Anwendungen mit höheren Temperaturen gehört das Anbringen von Silizium-IC-Chips gemäß J-STD-020, wofür eine Lötlegierung erforderlich ist, die bei 260 bis 265 °C schmilzt. Zu den Anwendungen mit höheren Temperaturen gehört das Anbringen von Silizium-IC-Chips gemäß J-STD-020, wofür eine Lötlegierung erforderlich ist, die bei 260 bis 265 °C schmilzt. Es gibt mehrere bleihaltige Vorformlinge, die in diesem Temperaturbereich schmelzen. Ebenso gibt es mehrere goldhaltige Legierungen, die in diesem Temperaturbereich für Hochfrequenzanwendungen und hermetische Versiegelungen verwendet werden.
In der SMT-Montage gibt es verschiedene Anwendungsbereiche für Vorformlinge. Viele elektronische Leiterplatten enthalten sowohl oberflächenmontierte als auch Durchsteckbauteile. Normalerweise würde man erwarten, dass für die Bestückung einer solchen Leiterplatte in der Fertigungslinie sowohl Oberflächenmontage als auch Wellenlöten erforderlich sind. Durch das Aufdrucken von Lötpaste über die Durchstecklöcher ist jedoch oft eine reine Oberflächenmontage möglich. Dieses Verfahren wird oft als „Pin-in-Paste“ bezeichnet, da die Durchsteck-Bauteile buchstäblich in die Lötpastenschicht eingebettet werden und diese durchdringen. Wie wir uns jedoch erinnern, besteht Lötpaste zu etwa 50 Volumenprozent aus Flussmittel. Wenn die Lötpaste daher reflow-gelötet wird, kommt es bei den Durchsteck-Lötstellen häufig zu einem Lötzinnmangel und einem Überschuss an Flussmittel.
Dies ist ein Querschnitt einer mit „Pin-in-Paste“-Technik bestückten Leiterplatte. Beachten Sie das Fehlen von Lötzinn und den Überschuss an Flussmittel. Lötvorformen sind hier die Lösung. Durch das Aufbringen einer Vorform auf die Lötstelle wird der Lötzinnmangel beseitigt. Die Vorformen haben in der Regel die Form eines passiven Bauteils, beispielsweise eines 0603-Widerstands. Sie werden auf Band und Spule verpackt und von einem Bestückungsautomaten auf die Lötstelle aufgebracht. Die resultierenden Lötstellen sind in der Regel nahezu perfekt.
Bei vielen der neuen, hochintegrierten Mobiltelefon-Konstruktionen ist es oft schwierig, genügend Lötpaste aufzutragen, um eine wirksame Lötstelle zur Verbindung der elektrischen Abschirmungen mit dem Pad der Leiterplatte herzustellen. In solchen Fällen kann die Abschirmung ihre Schutzfunktion gegen elektromagnetische Störungen und elektrostatische Entladungen nicht erfüllen.
Unter solchen Bedingungen, bei denen nur wenig Lötzinn zur Verfügung steht, kommen häufig Lötvorformlinge zum Einsatz. Dieses Verfahren wird als „Solder Fortification®“ bezeichnet. Die Vorformlinge werden von einer Bestückungsmaschine platziert. Weitere Informationen zu „Solder Fortification®“ finden Sie in einem Artikel von Carol Gowans und Kollegen mit dem Titel „Applications of Solder Fortification® with Preforms“. Über dieses Thema könnte man den ganzen Tag diskutieren. Es gibt viele weitere Anwendungsmöglichkeiten im Bereich des Laser-, Induktions- und Roboterlötens.
Weitere Informationen zur Verwendung von Vorformlingen bei Herausforderungen im Lötprozess finden Sie auf unserer Website unter indiumstg.wpenginepowered.com.
Wenn Sie den Beitrag von Ed für die SMTAI 2016 lesen, finden Sie dort möglicherweise Antworten auf Ihre Fragen. Wenden Sie sich aber vor allem an den technischen Kundendienst der Indium Corporation, um Antworten auf Ihre Fragen zu den Vorformlingen zu erhalten. Und wie immer können Sie mir gerne eine E-Mail an [email protected] senden.
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