Informationen zur Elektronikfertigung

nicht mehr aktuell

http://www.smartgroup.org/pdf/tinpest.pdf (oder auch Wikipedia zu Zinn bzw. tin) Zinnpest aka "tin plague" aka "tin pest" kann bei bleifreien Legierungen und niedrigen Temperaturen (unter 13°C, stärker bei tieferen Temperaturen) ein Problem sein. Tritt nur auf, wenn Quecksilber, Germanium und vielleicht Silizium anwesend sind. Wismut mindert/verhindert den Effekt, Antimon und Silber weniger effektiv. Allerdings liegen offenbar noch keine gesicherten Erkenntnisse vor. Wisumt verträgt sich aber wieder nicht mit Blei (niedriger Schmelzpunkt, Zuverlässigkeit).

http://nepp.nasa.gov/whisker/index.html NASA Goddard Space Flight Center Tin Whisker (and Other Metal Whisker) Homepage. Freescale schreibt, daß SnCu? mehr und längere Whisker ausbildet. SnPb? wenige und kurze Whisker.

http://www.stannol.de/ hat Informationen zum Löten und ein Forum.

Sn-Cu-Diffusion?

SAC-Lote kriechen bei niedrigen bis mittleren mechanichen Spannungen langsamer als Sn-Pb, bei hohen Spannungen jedoch schneller. Insgesamt sind SAC-Lote steifer als Sn-Pb. Dadurch sind die Ergebnisse von beschleunigten Tests nicht mit den gleichen Faktoren auf den Normalbetrieb übertragbar, SAC ist empfindlicher gegen extreme Bedingungen. Dazu findet man einige interessante Dokumente bei Jean-Paul Clech (http://www.jpclech.com/).

Man wird wohl noch einige Zeit brauchen, bis man halbwegs aussagekräftige Daten über das Verhalten von bleifreien Loten hat. Sn-Pb wird seit Ende der 60er Jahre sehr gründlich untersucht.

"Conductive anodic filaments" (CAF) verursachen Kurzschlüsse auf Oberflächen von oder auch innerhalb von Leiterplatten: meistens entlang von Glasfasern bilden sich Kupferadern. Siehe auch "Turbini"-Bericht. Zwei Vorbedingungen:

  1. Schwächung/Schädigung der Verbindung Faser <-> Epoxy, dauert lange, wird begünstigt durch

    • Mechanische Belastung
    • Schlechte Leiterplattenqualität (Basismaterial oder Verarbeitung können Ursache sein)
    • Hohe Temperaturen, z.B. mehrere Lötvorgänge
    • Hohe Feuchtigkeit, etwa ab 80% rF

  2. Galvanische Abscheidung von Kupfer entlang der Schädigung, passiert vergleichsweise schnell, wird begünstigt durch

    • Spannungsgradienten (ab 100..300V/mm)
    • Feuchtigkeit
    • Bestimmte Flußmittel (Polyglykol mit HBr oder HCl?)

DICY-gehärtete Laminate sind anfälliger für CAF.

Bleifreie Lote benetzen Durchkontaktierungen nicht so gut => throughhole ist kritischer. "fillet lift"?

"Kirkendall voids"?

Lesenswert: die Website des FED und deren Mailingliste "FED-Forum". Viele Interessante Downloads, z.B. Normenliste.

Ferner http://www.weichloeten.de/

Archive der Leadfree at IPC.ORG Mailingliste http://listserv.ipc.org/archives/leadfree.html. Anmelden mit Mail an listserv at ipc.org mit Inhalt "Subscribe LeadFree?"

http://www.imec.be/ALSHIRA/ "Aspects of Lead-free Soldering for High Reliability Applications"

http://www.rohsusa.com/ (John Burke) "The truth about RoHS and lead free soldering"

http://www.npl.co.uk/ei/iag/leadfree/ hat eine umfangreiche Informationssammlung zu "bleifrei": Eigenschaften von Legierungen, Linkliste

IPC Solder Products Value Council (SPVC) hat einen umfangreichen Bericht zur Auswahl von bleifreien Silber-Kupfer (SAC) Loten erstellt, CD mit ca.60MB z.B. beim FED erhältlich (150..200USD). Empfehlung ist SAC305 (3% Ag, 0.5%Cu).

http://www.altgeraete.org/ führt zum ZVEI, Informationen über das ElektroG 2005.

Handlöten: Bleifreie Lote haben meist ein agressiveres Flußmittel, weil sie sonst nicht so gut benetzen => Reinigung oder Ausfallrisiko.

Bauteilalter

hat Einfluß auf:

Probleme mit "alten" Bauteilen könnten sich mit BleiFrei? verschärfen: Lötbarkeit ist beeinträchtigt, höhere Löttemperaturen erfordern niedrige Restfeuchte.

Beim Leuze-Verlag gibt es ein Buch dazu: "Bleifrei löten - ein Leitfaden für die Praxis" von Prof. Armin Rahn, 58EUR.

Normen:

Lagerung: in Stickstoff reduziert Lötbarkeitsprobleme. Trockenschrank gegen Wasseraufnahme des Kunststoffes.

Verarbeitung: Lötbarkeitstest (ist standardisiert), Sichtkontrolle insbesondere bei alten Bauteilen.

Lötbarkeit: Silber-Palladium Beschichtung (z.B. auf Keramikkondensator) kann sich bei längerer Lötzeit komplett im Lot lösen. "Die Haftfestigkeit der entstehenden intermetallischen Schicht auf der Keramik ist in diesem Fall dann sehr gering und die Bauteile lassen sich mit dem Fingernagel ablösen." Eine Nickelsperrschicht (mit einer Mindestdicke von?) verhindert diesen Effekt. Besonders billige Kondensatoren werden ggf. ohne Nickelsperrschicht gefertigt.

Oberflächenschutz (vor dem Löten)

Chemisch abgeschiedene Schichten sind dünn (ca. 1um). Die intermetallische Phase kann bereits in weniger als 12 Monaten von 0,25um (unmittelbar nach der Fertigung) bis zur Oberfläche wachsen (Cu-Diffusion). Dann entsteht eine nicht mehr lötbare Schicht. Allgemein wird eine Lagerzeit von sechs Monaten für Chem. SN angegeben. http://www.andus.de/Leiterplatten/Oberflaechen/oberflaechen.htm nennt als Fomel für das Wachstum

0,125 * e-(155-Th)/17 µm/h (mit Th in °C), also

Oberflächenschutz fertiger Baugruppen

Tempern von Leiterplatten:

kann bei längerer Lagerzeit erforderlich sein bei mehrlagigen Leiterplatten und insbesondere Flex. Vorzugsweise im Vakuumofen, weil die thermische Belastung wesentlich niedriger ist. Das aufgenommene Wasser war früher eher ein Problem. Die thermische Belastung kann aber der Lötbarkeit schaden. Man sollte sich mit dem LP-Hersteller absprechen.

Basismaterialien

Siehe auch FormelSammlung -> "Betriebstemperatur von Leiterplatten"

Ausfallmechanismen beim Löten:

Der Anspruch an eine Leiterplatte bzw. das Risiko eines Ausfalls steigt z.B. mit

Konservativ gestaltete, 1,6mm dicke Leiterplatten sind also eher unkritisch - hier übersteht "traditionelles" FR4 mit einiger Wahrscheinlichkeit schon "bleifrei"-Temperaturen.

Es gibt mehrere beim Lötprozeß wichtige Eigenschaften:

Für die Eigenschaften des Laminats ist die verwendete Harz-Härter-Kombination sehr wichtig.

In "traditionellem" FR4 wird meistens Dicyandiamid (DICY, dicyandiamide) als Härter verwendet. DICY ist hydrophil. Laminate mit Phenol-basiertem Härter ("phenolic cured", Novolac) haben höhere Vernetzung => höheres Tg, bessere Temperaturbeständigkeit und geringere CAF-Anfälligkeit.

Zum Beispiel steigt Td von 300..315°C auf 340..360°C, T-260 von 8..15 Minuten auf über 60 Minuten und T-288 von 0 auf 9..40 Minuten.

Verkompliziert wird die Angelegenheit dadurch, daß die Angaben oft nur für einen Temperaturzyklus (Lötprozeß) gelten. Beim zweiten Durchlauf können die Eigenschaften schon dramatisch verändert sein.

Glossar:

Pluggen von VIAs

Beschreibung bei http://www.ilfa.de/cc_spezifikationen/pluggen.pdf. Ilfa macht das selbst, wahrscheinlich auch Andus, Würth und Inboard, die meisten Platinenfertiger geben es in Auftrag.

Landpattern - PAD-Dimensionen

Interessante Techniken:

http://www.atn-berlin.de/ Lichtlötgerät LightBeam lötet mit gebündeltem Lichtstrahl - kein Laser! Taktzeit um 1s, arbeitet mit Lötdraht oder Paste. Bieten auch Systeme mit Mikroflamme (von Spirig) an.

Klebstoffe: