Allgemeine Informationen

Bleifreies Löten

Die Elektronikindustrie in Deutschland stand vor der Aufgabe, bis zum Juli 2006, alle bisher verwendeten Verfahren auf bleifrei umzustellen. Durch die Elektro- und Elektronikkaltgeräte-Verordnung und der Verwendungsbeschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS) wurde die Verwendung von Blei in der Elektronikindustrie bis zum 1. Juli 2006 verboten. Diese Regelungen entsprechen dem internationalen Trend. Für die Zukunft ist mit weiteren Einschränkungen zu rechnen.
Die Verfahren der Verwendung bleihaltiger Materialien hatten sich über Jahrzehnte bewährt, es liegen genügend Langzeiterfahrungen vor, um die Belastungen und Ansprüche an die Baugruppen genau zu bestimmen und zu bewerten. Bei der bleifreien Variante sind diese Langzeiterfahrungen naturgemäß noch nicht vorhanden. Die damit im Zusammenhang stehenden Probleme könnten hohe Kosten verursachen.
Für bestimmte sicherheitsrelevante Anwendungsfälle (Schifffahrt-, Weltraum-, Militär- und Medizintechnik) existieren Ausnahmeregelungen vom Bleifrei-Gebot.
 

Die Kennzeichnung bleifreier Leiterplatten erfolgt bei Basista durch das entsprechende Logo.

Technische Wechselwirkungen

Ausgangspunkt der Betrachtung zu möglichen Wechselwirkungen auf der Leiterplatte sind die verschiedenen Grenzzonen die sich beim Löten bilden:
Bauteil/Bauteilbeschichtung,
Bauteilbeschichtung/Lot,
Lot/Leiterplattenoberflächenbeschichtung,
Leiterplattenoberflächenbeschichtung/Leiterplattenkupfer.

Beim bleihaltigen Standard-Lötprozess ist sowohl die Bauteilebeschichtung, das Lot sowie auch die Platinenbeschichtung im Prinzip Lötzinn. Die Umstellung auf bleifreie Verfahren bedingte sowohl bleifreie Lote und eine bleifreie Platinenbeschichtung sowie eine bleifreie Bauteilebeschichtung. Unterschiedliche, auf der gleichen Platine eingesetzte, Bauteile können unterschiedliche Oberflächenbeschichtungen haben. Nach der Umstellung auf bleifreie Oberflächen ist mit einer Kombination aus zahlreichen chemischen Elementen, zahlreichen Grenzschichten und Übergangszonen mit all ihren möglichen Risiken und Nebenwirkungen zu rechnen.
Bleifreie Lote haben im Allgemeinen eine höhere Löttemperatur als bleihaltige Lote. Damit die teuren Bauteile durch die höhere Temperatur nicht beschädigt werden, wird das Prozessfenster, also die Einwirkzeit der Temperatur, begrenzt. Möglicherweise müssen auch Bauteile mit einer höheren Temperaturfestigkeit eingesetzt werden. Bleifreie Leiterplatten-Oberflächen sind teilweise nur unter Schutzgas problemlos mehrfach lötbar. Bleifreie Lote haben beim Einsatz in der Lötwelle eine erhöhte Krätzebildung zur Folge. Anlagenteile wie Heizung, und Tiegel – Pumpen etc. werden verstärkt durch das bleifreie Lot angegriffen und müssen bei einem Umbau gegen resistentere Bauteile ausgetauscht werden. Bleifreie Lote erzeugen auch eine andere Oberflächenspannung im geschmolzenen Zustand, während gleichzeitig ein anderes Benetzungsverhalten auftrifft. Das sind Probleme, die es mit bleihaltigen Loten in dieser Form nicht gab.

Lote

Nachfolgend einige Lote mit ihren Lötparametern. Die Schmelztemperatur lässt sich durch geringfügige Variationen der Bestandteile gegebenenfalls anpassen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit der Zugabe weiterer Elemente zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften:

Lot	Bestandteile	Loettemperatur	Anwendungenn
konventionelles bleihaltiges Lot	Sn-37PB	ca.180 Grad C	momentan Standard-Legierung
Niedrigtemperatur-Lot	Sn-58Bi	ca. 140 Grad C
Mitteltemperatur-Lot	Sn-9Zn	ca. 200 Grad C
Hochtemperatur-Lot	Sn-3,8Ag-0,7Cu	ca. 220 Grad C
Hochtemperatur-Lot	Sn-3,5Ag	ca. 225 Grad C
Hochtemperatur-Lot	Sn-0,7Cu	ca. 228 Grad C	preiswerte Bleifrei-Legierung
SN100C		ca. 227	Wellen & Handlöten
SN100Ce		ca. 227~230	Wellen Löten
SN100C		ca, 227	HASL ( HAL Bleifrei Oberfläche)
SN100C3		ca. 227	Solder Paste

Nihon Superio NSe-Solder

 

Leiterplattenoberflächen:

Folgende bleifreie Oberflächenbeschichtungen werden in Deutschland angeboten:

Oberfläche	Lagerzeit	Eigenschaften	typische Anwendungsfälle	bei Basista Leiterplatten GmbH lieferbar	bleifrei? Nach RoHS
verbleites HAL	mehr als 1 Jahr	universell einsetzbar und unproblematisch in der Verarbeitung, Planarität eingeschränkt	nur noch für Sonderanwendungen	ja, Dienstleiter	nein
organischer Anlaufschutz	neuere Verfahren bis 1 Jahr	nach erstem Lötvorgang sofortige Weiterverarbeitung erforderlich, gute Planarität	Großserien, Inhouse-Fertiger	nein
chemisch Zinn	ca 1/2 Jahr	soll ein zweites Löten erfolgen, 1. Lötvorgang unter Schutzgas, zügige Weiterverarbeitung, kurze Lötvorgänge, gute Planarität	Baugruppen geringer bis hoher Schwierigkeitsklasse	ja, Standardprozess für Prototypen
bleifreies HAL	mehr als 1 Jahr	mehrfach lötbar, guter Korrosionsschutz des Kupfers, Planarität eingeschränkt	Baugruppen geringer und mittlerer Schwierigkeitsklasse	ja, Standardprozess für Sparklasse, Serien
chemisch Silber	mehr als 1 Jahr	mehrfach lötbar, gute Planarität, günstiger Preis (verglichen mit chem. Ni/Au)	hochwertige Elektronikbaugruppen	nein
chemisch Nickel/Gold	mehr als 1 Jahr	mehrfach lötbar, bei unsachgemäßer Verarbeitung Gefahr von "black pins", gute Planarität, etwas höherer Preis	hochwertige Elektronikbaugruppen.	ja, Dienstleister

Beachten Sie bitte, dass die oben angegebenen Oberflächenbeschichtungen von verschiedenen Herstellern geliefert werden. Von den Lieferanten werden teilweise unterschiedliche Parameter angegeben. Die in obiger Tabelle genannten Eigenschaften sind typischerweise angegebene Eigenschaften. Teilweise werden unterschiedliche Rahmenbedingungen vorausgesetzt.

Technologische Aspekte bei der Verarbeitung bleifreier Materialien:

Im Zuge der Umstellung auf bleifreie Materialien mussten zahlreiche Aspekte berücksichtigt werden. Nachfolgend führen wir einige Überlegungen auf:
·  Angepasset Pad-Geometrie bei SMD-Bauteilen zur Verhinderung eines Tombstone-Effektes , bedingt durch die geänderte Oberflächenspannung des Lotes.
·  Verkleinerung des Prozessfensters beim Reflow löten zur Vermeidung der Überschreitung zulässiger Maximaltemperaturen an SMD- Bauteilen.
·  Angriff des Lotes auf Maschinenteile der Wellen-Lötmaschine, erhöhte Krätzebildung ohne Schutzgas.
·  Kalte Lötstellen
·  Der Lotdurchstieg bei bedrahteten Bauteilen ist verändert.
·  Ein erhöhter Energiebedarf zur Beheizung der Lötanlage.
·  Begasung der Lötanlage mit Stickstoff hat einen höheren Kostenaufwand zur Folge.
·  Vermeidung eines zweiten Lötvorganges, wenn möglich.
·  Optimierung der Organisation der Baugruppenfertigung zur Reduktion der Zeiten zwischen den Lötvorgängen.
·  Eine erhöhte Neigung zur Lötbrückenbildung.
·  Unter Umständen geringere Lagerzeiten von Bauteilen, Angaben dazu macht der Hersteller.
·  Bildung von mechanischen Spannungen und evtl. dadurch bedingte Bauteilbrüche von SMD-Bauteilen.
·  Probleme bei Reparaturarbeiten, da bei längerem Erhitzen die Benetzbarkeit abnimmt.
·  Probleme bei Reparaturarbeiten, durch das längere Erhitzen kann die Haftung des Kupferpads auf dem FR4 abnehmen.
·  Temperaturbeständigkeit der Basismaterialien beim Löten (Verwindung, Durchbiegung, Beschädigung wie z.B. Delamination ).
·  Eine Erhöhung der Herstellungskosten durch die Umstellung auf bleifreie Verfahren.

Preisentwicklung:

Bei Basista Leiterplatten GmbH können Sie noch Ihre Leiterplatten in HAL verarbeitet beziehen.
Dieses jedoch zu einem höheren Preis. Platinen mit bleifreier HAL-Oberfläche lassen sich auch bleihaltig löten, so dass ein Mix aus Platinen- Oberfläche bleifrei / Lötung bleihaltig, problemlos möglich ist.
Benötigen Sie für ehemals bleihaltig gelieferte Platinen bleifreien Ersatz?
Gerne unterbreiten wir Ihnen ein aktualisiertes Angebot!

 

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