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Lotbadmanagement als fort laufender Prozess für hohe Qual
itätsanforderungen
Damit das Lotbad im Lot bleibtMetallisierungen von Leiterplatten
und Bauteilen verhalten sich im Lotbad unterschiedlich. Auflösung
und Kontaminierungsgrad hängen unter anderem von Temperatur,
Kontaktzeit und der verwendeten Legierung ab. Zusammen mit dem
Gesetz und wirtschaftlichen Aspekten spricht das für ein
Lotbadmanagement. Nur so ist die Lötqualität gewährleistet und man
erhält eine zuverlässige elektronische Baugruppe.
» Christian Czapiewski, Chemielaborant, Stannol, DE-Velbert
Warum braucht es ein Lotbadmanagement? Das Zusammenspiel der
verwendeten Mate-rialien und Instrumente sowie die gültigen Gesetze
und wirtschaftliche Gesichtspunkte verlangen eine grosse
Prozesssicherheit, da-mit das Legierungssystem im Gleichgewicht
bleibt. Dabei ist das Lotbadmanagement ein fortlaufender Prozess,
der nie aufhört und helfen kann, in puncto Qualität auf der
si-cheren Seite zu stehen. Metallisierungen von Leiterplatten und
Bauteilen lösen sich im Zuge von Lötprozessen unterschiedlich stark
im verwendeten Weichlot auf. Der Grad der Auflösung, und damit die
Kontamination, ist abhängig von Löttemperatur, Kontaktzeit,
Tiegelgrösse, Rüstzeug sowie der verwende-ten Legierung. Die höhere
Aggressivität von bleifreien Weichloten im Vergleich zu
bleihal-tigen Legierungen und die damit verbundene stärkere
Lösungswirkung gegenüber anderen Metallen tragen dazu bei, die
Zusammenset-zung des Lotbads schneller zu verändern.
Wenn alles stimmt, steht am Ende eine zuverlässig
funktionierende BaugruppeDas Gleichgewicht des Legierungssystems
bedeutet, dass Eingriffsgrenzen weder über- noch unterschritten
werden sollten. Nur so kann man sicherstellen, dass das
Fehlerpo-tenzial, ausgehend vom eingesetzten Weich-lot, möglichst
gering bleibt, die Eigenschaften der Lote sich nicht verändern und
somit Be-ständigkeit bei der Lötqualität gewährleistet werden kann.
Am Ende steht eine zuverlässig funktionierende elektronische
Baugruppe.
Der Anfang ist einfach. Zu Beginn steht die regelmässige
Probeentnahme – aber schon da lauern die ersten Gefahren. Fehler
stellen die Aussagekraft von Analysenergebnissen er-
heblich in Frage. Jede noch so gute Analysen-methode kann dies
nicht wieder wettmachen. Üblicherweise bedient man sich bei der
Pro-beentnahme einer sauberen Probenkelle. Wie für alle Werkzeuge
gilt auch hier eine strikte Trennung zwischen bleifreien und
bleihaltigen Fertigungsstrassen. Daher ist zu empfehlen, besser
zwei als eine Probenkelle zu verwen-den. Hat die Anlage nach etwa
zwei bis drei Stunden eine definierte Betriebszeit und das Lot
damit eine homogene Durchmischung er-reicht, wird eine Probe aus
der Badmitte oder direkt aus der Welle entnommen und in eine kalte
Form abgegossen. Mit den entsprechen-
den Informationen (Maschinentyp, Legierung, Datum der
Probenahme) sendet man diese an ein Labor. Dort erhält jede Probe
eine Analy-sennummer und es wird nach entsprechender Vorbereitung
an einem modernen High-End-Funkenspektrometer die Zusammensetzung
ermittelt. In der Regel erhalten die Kunden ihre Ergebnisse binnen
24 bis 72 h per E-Mail.
kupfer, Silber, gold, nickel und teilweise auch Blei als
Hauptübeltäter Analysenscheine weisen in der Regel
Kontakt-informationen, die Lotbadzusammensetzung sowie die
empfohlenen legierungsspezifischen
Unachtsamkeit bei Mischfertigung im Doppellöttiegel kann zu
folgenschweren Kontaminationen führen
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Eingriffsgrenzen auf. Entsprechen die Mess-ergebnisse nicht den
vorgegebenen Empfeh-lungen, sind Abweichungen farblich unterlegt.
Ein roter Wert bedeutet für den Maschinen-führer: Achtung, hier
muss gehandelt werden! Da Eingriffsgrenzen aber nicht genormt sind,
obliegt es dem Verantwortlichen, hier mögli-cherweise aktiv zu
werden.
Keine Norm gibt Aufschluss darüber, wel-che Verunreinigungen ein
Lotbad haben darf. Lediglich der amerikanische Joint Industry
Standard 001F hat diesbezüglich Richtlinien erarbeitet.
Leiterplatten, Bauteile und seltener auch erodiertes Rüstzeug
verändern im Laufe der Zeit die Zusammensetzung einer Lötle-gierung
oft derart, dass eingegriffen werden muss. Kupfer, Silber, Gold,
Nickel und teilwei-se auch Blei sind hier in den meisten Fällen die
Hauptübeltäter, wenn Probleme auftreten. Diesen Elementen gilt
folglich ein besonderes Augenmerk. Veränderungen in den
Konzen-trationen dieser und auch anderer Metalle können oft
weitreichende Folgen haben.
Treten Lötdefekte bereits in erhöhter An-zahl auf, ist es
meistens zu spät. Verletzungen der Eingriffsgrenzen verlangen, eine
Korrek-tur vorzunehmen, um Qualitätsproblemen vorzubeugen.
Korrektur bedeutet einen Teil-austausch oder das Beschicken mit
einem so genannten Refi ll oder Nachsetzlegierung. Hier hilft nur,
Prozesse besser zu steuern. Das ei-gentliche Lotbadmanagement
beginnt.
Bei bleifreien Weichloten kupfer-leaching und Bleieintrag
verhindernEine Herausforderung beim Einsatz von blei-freien
Weichloten stellt die Regulierung des Kupfergehaltes dar. Bei
Gehalten ab etwa 0,85 % erhöht sich die Gefahr der Brücken-bildung,
noch höhere Konzentrationen führen zu spröden Verbindungen und
einer Erhö-hung des Liquidus. Mithilfe von kupferarmen
Äquivalenten kann das so genannte Kupfer-Leaching, bei dem sich
das Lotbad durch Aus-laugung mit Kupfer anreichert, ausgeglichen
werden. Die Brückenbildung wird auf diese Weise reduziert. In
seltenen Fällen reichern sich besonders bei niedrigen
Prozesstempe-raturen in Kaltzonen nadelförmige, interme-tallische
Phasen (Cu6Sn5) an, die nur schwer löslich sind. Hier hilft oft nur
ein manuelles Abschöpfen oder komplettes Entleeren, um diese zu
entfernen. Die RoHS-Direktive ver-bietet unter anderem einen
Bleigehalt von über 0,1 %. Entstehen hier Kontaminationen, werden
diese meist durch Bauteile eingetra-gen. Nicht selten kommt es aber
auch zu einer versehentlichen Falschbefüllung des Lotbades. Besteht
die Verpfl ichtung, gemäss RoHS-Richt-linien zu fertigen, ist ein
Austausch oder so-fortiges Verdünnen unvermeidbar.
Eisen-, Chrom- und titan- und weitere Einträge von rüstzeug
verhindernSilber ist in Zinn/Kupfer-Legierungen eher unerwünscht,
Verunreinigungen führen hier zu matteren Oberfl ächen. Nickel ist
oft Be-standteil in mikrodotierten Legierungen. Es gilt als
Kornfeinungselement und minimiert das Kupfer-Leaching. Kritisch
werden jedoch Werte ab 0,1 %, die zu Benetzungsproblemen führen
können. Steigende Goldkonzentrati-onen (ab etwa 0,1 %) machen das
Lot teigig und nehmen ihm den Glanz. Noch höhere Konzentrationen
führen zu Versprödungen. Ein problematisches Element ist jedoch
Eisen. Hier kann sich das Lotbad über längere Zeit verunreinigen,
ohne dass es auffällt. Erosion an Pumpen, Steigrohren und sonstigem
Rüst-zeug fi ndet unter der Lotbadoberfl äche statt und bleibt so
oft unentdeckt. Die Verteilung von gelösten Bestandteilen ist sehr
inhomo-gen, auch in Proben neigt Eisen zu Seigerun-
gen, infolgedessen wird die Detektion und quantitative
Bestimmung erschwert. Konzen-trationen ab etwa 0,03 % führen zu
spröden Lötverbindungen und körnigem Aussehen.
Erschwerend kommt hinzu, dass ver-wendete Werkstoffe aus dem
Anlagenbau, zum Beispiel Chrom und Titan, in der Regel nicht zum
Analytikportfolio von Laboren der Lötmittelhersteller gehören.
Deshalb ist es ratsam, sein Rüstzeug regelmässig auf Beschädigungen
zu untersuchen und diese gegebenenfalls auszutauschen. Zink,
Cadmi-um und Aluminium besitzen eine grosse Af-fi nität zu
Sauerstoff. Somit bilden sich schon bei niedrigen Gehalten Oxide,
die sich an der Oberfl äche anreichern. Konzentrationen über 0,005
% können hier bereits zu Lötfehlern führen. Arsen führt zu
Entnetzung, bei Kon-zentrationen über 0,05 % wird ein Austausch der
Legierung empfohlen.
Hohe Wismutgehalte sorgen, ähnlich wie Blei, für matte Oberfl
ächen. Auch wenn Wis-mut unter anderem für bessere thermische
Festigkeit sorgt, sind Kombinationen mit er-höhter
Bleikontamination zu vermeiden, da dieses zu Lotmeniskusabhebern
führen kann. Antimon erhöht die Zugfestigkeit in Weichlo-ten,
Konzentrationen über 0,5 % oder mehr können sich negativ auf die
Benetzungs-geschwindigkeit auswirken. Ein Lotbad zu überwachen,
erfordert Aufmerksamkeit, da sich eine pauschale Aussage betreffend
nöti-ger Analysenintervallen schwer treffen lässt. Als
Kundenservice dienen kostenfreie Lotbad-analytik und entsprechende
Hilfestellung. «
infoserviceSimpex Electronic AGBinzackerstrasse 33, 8622
WetzikonTel. 044 931 10 10, Fax 044 931 10 [email protected],
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Ein Lotbad zu überwachen, erfordert Aufmerk-samkeit. Eine
pauschale Aussage hinsichtlich notwendiger Analysenintervalle lässt
sich auf Grund der Individualität jedes Prozesses nur schwer
treffen. Die Häufi gkeit sollte sich aber nach der Anzahl gelöteter
Leiterplatten und Lot-verbrauch richten. Wenn Lötprozesse
hinsichtlich Legierungssystem oder Leiterplatten-Finish verändert
wurden, kann es sinnvoll sein, die Intervalle in der Anfangszeit zu
verkürzen. Als Service für den Kunden bietet die Stannol GmbH
Hilfestellung bei der Lotbadanalytik und steht bei aufkommenden
Fragen im Lötprozess als Ansprechpartner zur Verfügung.
lötprozess ist individuell
Durch erhöhte Kupferkonzentra-tionen im Lotbad besteht die
Gefahr von Brückenbildung und somit auch die eines elektrischen
KurzschlussesSeH
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