BLEIFREI
HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN

WAHL DER LOTLEGIERUNG

Gibt es eine standardmäßig eingesetzte bleifreie Lotlegierung?

Genau wie bei den bleihaltigen Loten gibt es auch bei den bleifreien Loten Legierungen, die besonders häufig eingesetzt werden. Durch den Solder Products Value Council (SPVC), eine internationale Vereinigung von Lötstoffherstellern, wurde SnAg3.0Cu0.5 als Standard gewählt. Es gibt eine Vielzahl von SnAgCu-Legierungen, d. h., der Silberanteil kann bei 3-4 % und der Kupfergehalt bei 0,5-0,7 % liegen; der Schmelzpunkt variiert jedoch mit einem Wert von 217-220°C nur geringfügig.

Sind mit der Tatsache, dass bleifreie Lote im Vergleich zu ihren bleihaltigen Pendants eine geringere spezifische Dichte aufweisen, auch Vorteile verbunden?

Die spezifische Schwerkraft oder Dichte von Sn63Pb37 oder Sn63Pb36Ag02, den wichtigsten Standard-Bleilegierungen, liegt bei ca. 8,4 g/cm3. Bleifreie Legierungen, d. h. in der Regel Zinnlegierungen, haben eine spezifische Dichte von ca. 7,3 g/cm3. Bei gleichem Volumen sind diese Legierungen also in etwa um 15 % leichter als Bleilegierungen

Welche bleifreien Legierungen haben einen niedrigen Schmelzpunkt, und wo können diese Legierungen eingesetzt werden?

Bei den bleifreien Lotlegierungen mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Zinn/Silber/Kupfer-Legierungen handelt es sich in der Regel um Zinn oder Zinnlegierungen, denen Bismut, Indium oder Zink zugesetzt wurde. Diese Formeln haben sowohl Vor- als auch Nachteile.

•  Bei Bismutlegierungen kann der Anteil des Bismuts stark variieren. Legierungen mit mehr als 8 % Bismut werden jedoch zu brüchig.

• Der Schmelzpunkt von SnAg3.0Bi3.0 liegt bei 213°C.
• Der Schmelzpunkt von SnAg3.4Bi4.8 liegt bei 202-215°C.
• Der Schmelzpunkt von SnAg2.0Cu0.5Bi7.5 liegt bei 211°C.
• Der Schmelzpunkt von SnBi58 liegt bei 138°C.

•  Bei Indiumlegierungen kann der Anteil des Indiums stark variieren. Legierungen mit einem Anteil von ca. 50 % Indium weisen eine geringe Festigkeit, dabei jedoch eine gute Duktilität auf. Gegen die Verwendung von Indiumlegierungen spricht, dass der Stoff sehr teuer ist.

• Der Schmelzpunkt von SnAg3.3In4.8 liegt bei 212-214°C.
• Der Schmelzpunkt von SnAg3.0Cu0.5In10 liegt bei 194-200°C.
• Der Schmelzpunkt von SnIn52 liegt bei 117°C.

•  Der Zinkanteil von Zinklegierungen liegt in der Regel unter 10 %, allerdings kommen Zinklegierungen für die meisten Anwendungen aufgrund ihrer hohen Korrosionsanfälligkeit nicht in Frage.

• Der Schmelzpunkt von SnAg3.0Zn15.0 liegt bei 200-202°C.
• Der Schmelzpunkt von SnZn09 liegt bei 199°C.

Natürlich wurden auch Lotlegierungen entwickelt, die sowohl Bismut als auch Indium und Zink enthalten:

• Der Schmelzpunkt von SnBi3.0Zn9.0 liegt bei 187-195°C. Diese Legierung hat bessere Benetzungseigenschaften als SnZn.
• Der Schmelzpunkt von SnBi50.0In2.0 liegt bei 135-137°C. Diese Legierung weist im Vergleich zu SnBi eine bessere Duktilität auf.
• Der Schmelzpunkt von SnBi15.0Zn5.0 liegt bei 170-193°C.

Welche bleifreien Legierungen haben einen höheren Schmelzpunkt, und wo können diese Legierungen eingesetzt werden?

Gegenwärtig ist es noch unmöglich, alle Legierungen mit hohem Bleigehalt (>85 %) zu verbieten, da es für bestimmte Anwendungen keinen Ersatz gibt. In einigen Fällen gibt es die Alternative jedoch bereits.

• Der Schmelzpunkt von Sn95Sb05 liegt mit 232-240°C nur wenig höher als der Schmelzpunkt von SnAgCu (217°C).
• Der Schmelzpunkt von Sn20Au80 liegt bei 280°C, allerdings kommt der Einsatz der Legierung in den meisten Fällen aus Kostengründen nicht in Frage.
• Der Schmelzpunkt von BiAg2.5 liegt bei 262°C.
• Der Schmelzpunkt von BiZn2.7 liegt bei 255°C.
• Der Schmelzpunkt von BiZn15 liegt bei 255-313°C.
• Der Schmelzpunkt von SnAl05 liegt bei 382°C.
• Der Schmelzpunkt von Sn65Ag25Sb10 liegt bei 230-235°C.
  

Welche patentrechtlichen Fragen sind bei der Verwendung bleifreier Lote zu beachten?

Bei über 150 Patenten weltweit bedarf die Auswahl einer bleifreien Lotlegierung einiger Sorgfalt, um zu gewährleisten, dass schließlich die richtigen Lizenzgebühren gezahlt werden. Für einige Legierungen gibt es keine Patentrechte. Sie können ohne Lizenz verwendet werden, da sie bereits seit langem in Umlauf sind.

• SnAg-, SnCu-, SnSb-, SnIn-, SnBi- und SnZn-Legierungen
• SnAg3.0Cu0.5 und SnAg4.0Cu0.5 (abhängig von der Anwendung)

Die meisten anderen bleifreien Metallverbindungen für Lote sind patentrechtlich geschützt. Im Folgenden sind einige der gängigsten Patente für SnAgCu-Legierungen aufgelistet:

• Patent Nr. 5.527.628 (USA) der Iowa State University Research Foundation (ISURF) für Zinn/Silber/Kupfer-Legierungen im Bereich SnAg(3.5-7.7)Cu(0.9-4.0).
• Patent Nr. JP302744 (Japan) von Senju/Matsushita für Legierungen im Bereich SnAg(3.0-5.0)Cu(0.5-3.0).

Kester hat die internationalen Rechte an der Herstellung und dem Verkauf dieser patentrechtlich geschützten SnAgCu-Lotlegierungen. Diese Lizenz ist in Bezug auf die Verwendung der Legierungen auf Kunden von Kester übertragbar.

Wie hoch ist der Gehalt an Bleiverunreinigungen in bleifreiem Lötmaterial?

Der Gehalt an Bleiverunreinigungen in bleifreien Loten liegt unter 500 ppm.

Bei der Raffination von Zinn tritt immer eine geringe Bleiverunreinigung auf. Der Verunreinigungswert von 0,05 % liegt jedoch weit unter der von der RoHS-Richtlinie vorgegebenen Höchstgrenze von 0,1 %. Trotzdem sollte vor allem während des Wellenlötens eine Bleiverunreinigung vermieden werden.

Wie werden bleifreie Lote analysiert?

Bleifreie Lote können mittels Funkenanalyse und Atomabsorptionsspektrometrie analysiert werden. Beide Verfahren bieten Ergebnisse, die mit ICP-AES vergleichbar sind. Die Funkenanalyse wird jedoch in den meisten Fällen bevorzugt.

Gibt es ein bleifreies Lot mit einem ähnlich hohen Schmelzpunkt wie Sn10Pb90?

Für das Lot Sn10Pb90 gibt es keinen bleifreien Ersatz. Lote mit hohem Schmelzpunkt können jedoch problemlos verwendet werden, da sie nicht unter die RoHS-Richtlinien fallen, wenn sie einen Bleigehalt von mehr als 85 % aufweisen.

Gibt es ein bleifreies Lot mit einem niedrigen Schmelzpunkt?

Es gibt bleifreie Legierungen für Lotpasten, die 35-58 % Bi enthalten, sowie andere Lote mit einer Reihe von Elementen wie Zink, die einen niedrigeren Bismutgehalt aufweisen, z. B. Sn89Zn8Bi3.

Der Bi-Gehalt senkt den Schmelzpunkt, führt jedoch auch zu schwächeren und brüchigeren Lotverbindungen. Auch wenn Bismut den Schmelzpunkt senkt und die Benetzungseigenschaften verbessert, weisen solche Legierungen also auch Nachteile auf. Zn oxidiert sehr schnell und erfordert auf Grund seiner Neigung zu elektrolytischer Korrosion bei der Verwendung höchste Sorgfalt. Hersteller von elektronischen Gebrauchsartikeln verwenden hauptsächlich diese Legierungen.