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- HAL = Hot Air Levelling -
Die Technologie in
bleifreiem Glanz von
(MIC) - MicroCirtec - Micro Circuit Technology GmbH - Ihr Deutscher Leiterplattenhersteller
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Je näher der Termin der
zwangsweisen Umsetzung der
Bleifrei-Richtlinie (ROHS) kommt, desto größer werden
die
Bemühungen nach bleifreien Lösungen, die
technologisch und kostentechnisch in der Nähe
der
„Allzweckwaffe“ SnPb liegen. Dabei stechen vor allem
die Systeme Zinn/Silber/Kupfer
(SnAgCu) und neuerdings
stabilisiertes Zinn/Kupfer (SnCuNi) hervor. Obwohl der
Leistungstand beider
Systeme im Feld noch nicht end-
gültig geklärt ist, soll der bisherige Kenntnisstand
vorgestellt werden.
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SnAgCu |
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Der größere Erfahrungsstand gibt es im Bereich der Silbersysteme.
Dort wird
unterschieden zwischen den Systemen Sn-3.5Ag-0.7Cu, Sn-4Ag-0.5Cu und Sn-3Ag-
0.5Cu, die
von Kontinent zu Kontinent unterschiedlich eingesetzt werden.
Aber nach eindeutiger Expertensicht
(IPC/Soldertec-Konferenz Brüssel 2003) sind bei
allen
3 Systemen die technologischen Unterschiede zu vernachlässigen.
In Europa ist die Sn-3.5Ag-0.7Cu
Legierung am weitesten verbreitet.
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SnCuNi |
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Vielversprechend, jedoch mit noch weniger Feldresultaten ausgestattet,
erweist sich das
stabilisierte Zinn/Kupfersystem Sn-0.7Cu-0.1Ni.
Es heißt deswegen „stabilisiert“,
weil es durch die Beigabe von Nickel ein verbessertes
Erstarrungsverhalten des Lotes aufweisen
soll.
Die Bildung von Nadelkristallstrukturen soll sich zugunsten runderer Strukturen verändert
haben, so daß beim Wellenlöten der Leiterplatte ein verbesserter Lotabfluß erreicht
wurde
(Verringerter Lötabriss, verringerte Brückenbildung).
Diese Legierung wurde in
Japan entwickelt und wird in Deutschland über den Lizenzhalter
Balver Zinn vertrieben.
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Beim Leiterplattenhersteller |
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Für den Leiterplattenhersteller bietet sich vor allem das SnCuNi-System
an, da der
Investionsaufwand
bei der Umstellung von der konventionellen Bleizinntechnik auf das
Zinn/Kupfer weitaus geringer ist
als bei der Einrichtung der notwendigen Prozess-
technologie für chemisch abgeschiedenen Oberflächen.
Denn es handelt sich hier ebenfalls um
ein Schmelztiegelverfahren. Lediglich die
Verträglichkeit des Lots mit den Badbehältern muß noch
weitestgehend
erforscht
werden.
Unser Haus arbeitet aber hier schon mit den Maschinenbauherstellern an
Lösungen.
Ab Mai 2004 bieten wir unseren Kunden SnCuNi unter Serienfertigungs-bedingungen an.
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Lötversuche |
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Da, wie bereits erläutert, Felderfahrungen unzureichend sind,
wurden Löteigenschaften
in diversen Versuchskampagnen von Fachkreisen und Arbeitsgruppen (BDF,
Deutschland und Boing,
USA) im direkten Vergleich ermittelt.
Beide Systeme ermöglichen glatte glänzende Oberflächen und Zuverlässigkeit
der
Lötverbindungen sowohl beim Wellenlöten als auch beim Reflow.
Vorteile vespricht
das Zinnkupfersystem beim Ablöseverhalten von Kupfer (Leaching) auf
den Leiterbahnen. Der Angriff der Kupferoberflächen ist um die Hälfte geringer.
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Blei-Sensitivität |
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Ungelöst bleibt weiterhin das Problem der Blei-Sensitivität
in der Bleifrei-Umstellungs-
phase in 2006: So sind Gefügeveränderungen in bleifreien
Loten durch Restmengen an
Blei (schon
kleiner
0,1 % Gew.) in Prozessbehältnissen beobachtet worden.
Es treten bei SnAgCu Gefügevergröberung beim Temperaturwechselstress im Bereich
noch
deutlich unterhalb 96 C° auf (Degradationsbeschleunigung). Beim SnCuNi-System
findet eine
Ausscheidung von Blei in den Korngrenzen statt, die unter mechanischer
Spannung Schwachstellen
bilden kann.
Ein Aufreißen bei Abkühlung aus der Löthitze ist möglich.
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Fazit |
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Fest steht jedoch, dass das „gute alte“ Bleizinn hinsichtlich
der Lotergebnisse noch
immer die besten Ergebnisse hervorbringt. Dennoch lassen sich die beiden
oben
dargestellten Verfahren noch optimieren.
Ansatzpunkte bieten hier Temperatur- und Prozessprofile
beim Wellen- und Reflow-
Löten,
so daß wohl eine Gleichwertigkeit in der Qualität nahezu erreicht werden kann.
Trotz
des geringen Erfahrungshorizontes im Feld bietet das SnCuNi-System in unserer Einschätzung
bezüglich Kosten und Qualität gegenüber den Silbersystemen eindeutig Vorteile.
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Folgende Tabelle gibt ein Profil
weiterer Eigenschaften beider Systeme im direkten Vergleich wieder |
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SnAgCu - Systeme |
Sn-0.7Cu-0.1Ni (SnCuNi) |
Schmelzpunkt
(Eutektischer Pkt.)
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217 C° |
227 C° |
| Prozeßeigenschaft Reflow/Konvekt |
Tpeak = 230 C° |
Tpeak 240 C° |
| Prozesseigenschaften Welle |
Badtemp.: 255 – 265 C° |
Badtemp.: 255 - 260 C° |
| Ökologische Nachteile |
Silbergehalt |
keine |
| Metallpreis |
12 – 13 € |
7 – 8 € |
| Leaching (Ablösung Cu) |
Agressiv, hohe Leaching - Rate |
Leaching Rate 0,5 von SnAgCu |
| Lötfehler-Niveau im Vgl. zu SnPB |
Lötbrücken gleichwertig, mehr Nichtlötungen |
Lötbrücken gleichwertig, mehr Nichtlötungen |
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| MicroCirtec Micro Circuit Technology GmbH mit Sitz in 47877 Willich |
| Registergericht: Amtsgericht Krefeld | Reg.-Nr.:
HRB 2703 | Ust-Id-Nr.: DE 120 151 127 |
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