Zuverlässigkeit im Fokus

Lotpasten sind die wichtigsten Verbindungsmaterialien in der Elektronik. Bleifreie Lotpasten haben inzwischen einen hohen Marktanteil errungen und mittlerweile einen Qualitätsstandard erreicht, der dem der bleihaltigen Lotpasten entspricht und ihn in vielen Fällen sogar übertrifft. Moderne bleifreie Lotpasten sind hinsichtlich ihrer Verarbeitungseigenschaften den herkömmlichen bleihaltigen Lotpasten in mancher Hinsicht überlegen und liefern ausgezeichnete Lötergebnisse.

Grundsätzlich ist eine lange Verarbeitbarkeit der Lotpasten gefordert, denn sie sollen stabile Eigenschaften über den kompletten Zeitraum aufweisen. Lange Haltbarkeit und Offenzeiten sowie Schablonenstandzeiten garantieren störungsfreie Prozesse. Ein Maß für die Stabilität von Lotpasten ist die Veränderung der Viskosität mit der Zeit. Während der Lagerung und Verarbeitung darf sich die Viskosität und damit die Zähigkeit der Paste möglichst nicht oder nur geringfügig ändern. Bei der Untersuchung über Viskositätsverläufe zweier bleifreier Lotpasten stellte sich heraus, dass Paste 1 einen deutlichen Viskositätsanstieg über die Zeit zeigt. Bereits nach wenigen Wochen hat sich die Paste derart verändert, dass sie auf dem Schablonendrucker nur noch schwierig oder ohne Änderung der Druckparameter überhaupt nicht mehr verarbeitet werden kann.

Pasten der neuesten Generation wie beispielsweise Lotpaste 2 hingegen zeigen selbst nach zwei Monaten keine Veränderung der Viskosität und sind somit auch nach längeren Lagerzeiten uneingeschränkt verwendbar.

Neben einem gut definierten Druckbild ist die Konturenstabilität der Lotpastendepots extrem wichtig. Bei erhöhten Temperaturen dürfen die Pastendrucke zur Vermeidung von Schlüssen und Brücken nicht verlaufen. Dies wird bei RT und 150 °C geprüft. Auch hier erfüllen moderne Lotpasten diese Anforderung uneingeschränkt.

Beschaffenheit der Lotpulver

Aufgrund fortschreitender Miniaturisierung nimmt die Nachfrage nach feineren Lotpulvern zu. Während die Typen 3 und 4 bereits Standard sind, werden inzwischen auch die Typen 5 und 6 eingesetzt. Grundsätzlich sind Lotpasten mit sehr feinen Pulvern deutlich geschmeidiger als Lotpasten mit gröberen Pulvern und weisen cremigere Konsistenz und Aussehen auf.

Vorteile zeigen sich insbesondere bei feinen Strukturen und kleinsten Anschlussflächen. Das Druckbild wird erheblich verbessert und die Fehlerraten aufgrund fehlender Lotpaste bei sehr kleinen Aperturen werden merklich reduziert.

Moderne Lotpasten liefern mit sehr feinem Lotpulver vom Typ 6 ausgezeichnete Ergebnisse. Anwendung von Lotpasten mit sehr feinen Pulvern ist somit technisch ohne Einschränkungen im Reflowprozess möglich. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Verwendung von Lotpasten mit sehr feinen Lotpulvern nicht mit Qualitäts- und Zuverlässigkeitseinbußen zu rechnen ist1). Die mechanischen Eigenschaften der Lötverbindungen und die Porenbildung zeigen keine signifikante Abhängigkeit vom Lotpulvertyp. Einer weiteren Verbreitung von Lotpasten mit sehr feinen Lotpulvern stehen derzeit lediglich die Verfügbarkeit und die hohen Kosten der Lotpulver entgegen.

Blick auf die Legierungen

Die Standardlegierung in bleifreien Lotpasten ist Sn96,5Ag3,0Cu0,5 (SAC305). Weitere Legierungen der Zinn/Silber/Kupfer-Gruppe sind, wenn auch in deutlich geringerem Maß, üblich. Silberfreie Lote wie Sn99,3Cu0,7 und niedrig schmelzende Lote aus der Zinn/Bismut-Gruppe gewinnen für spezifische Anwendungen zunehmend an Bedeutung.

Einen weiteren Qualitätssprung können mikrolegierte Lote in Pulverform mit sich bringen. Man verspricht sich von mikrolegierten Lotpulvern (ELSOLD MA) Vorteile hinsichtlich des Benetzungsverhaltens und einer Erhöhung der Zuverlässigkeit. Zur Bewertung sind hierfür allerdings weitere Untersuchungen erforderlich.

Zusammenfassung

Moderne, stabile Lotpasten zeigen gute Verarbeitungseigenschaften und liefern ausgezeichnete Lötergebnisse, auch mit sehr feinen Lotpulvern. Einbußen hinsichtlich der Zuverlässigkeit sind nicht zu erwarten. Die Kosten derartiger Lotpasten sind aufgrund geringer Verfügbarkeit der Lotpulver und hoher Pulverpreise derzeit noch recht hoch. Mikrolegierte Lotpulver können weitere Verbesserungen der Benetzungsfähigkeit und der Zuverlässigkeit mit sich bringen.

SMT/Hybrid/Packaging

Stand 9-127

www.elsold.de

Dr. Klaus Bartl, Elsold, Goslar