BLEIFREI
HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN

BAUTEILE

Müssen die Anschlüsse der Bauteile bleifrei sein?

Die Anschlüsse der Bauteile, d. h. alle gelöteten Oberflächen, müssen bleifrei sein. Außerdem müssen die Lotkugeln für BGAs bleifrei sein. Bei im Rahmen der Zusammensetzung des Bauteils intern angewendeten Lötlegierungen ist ein Bleigehalt von über 85 % zulässig.

Welche bleifreien Beschichtungen stehen als Alternativen zu Zinn/Blei-Beschichtungen zur Verfügung?

Die Anschlüsse der Bauteile weisen einheitlichere Löteigenschaften auf, wenn sie zuvor mit geschmolzenem Lot (blei)verzinnt werden. Bleifreie Alternativen zur Bleiverzinnung sind Zinn/Silber/Kupfer-, Zinn/Silber-, Zinn/Kupfer- und Zinn/Bismut-Legierungen. Andere Metallbeschichtungen können galvanisch auf die Anschlüsse aufgebracht werden, allerdings sind bei Leiterplatten einige Probleme mit dem Beschichten verbunden. Bei der Mehrzahl der Bauteilhersteller werden Oberflächen standardmäßig galvanisch matt verzinnt oder Palladium/Nickel-beschichtet. Chemisches Nickel/Sudgold ist ebenfalls eine Variante, allerdings darf der Phosphorgehalt des Nickels nicht über 7-8 % liegen.

Welche Probleme sind bei bleifreien Bauteilen u. U. zu erwarten?

Als wichtigste Probleme sind auch hier die im Zusammenhang mit bleiverzinnten Bauteilanschlüssen bekannten Probleme zu nennen: Entnetzung oder Nichtbenetzung. Anschlüsse können auch, wenn sie nicht lötbar sind, galvanisch verzinnt werden. Gold und Palladium zersetzen sich jedoch sofort im Lot, d. h., das Nickel unter dem Edelmetall muss lötbar sein.

Welche Änderungen bezüglich der bleifreien Montage enthält J-STD-020C seit Juli 2004?

IPC/JEDEC J-STD-020C (Stand: Juli 2004; Titel: "Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Non-hermetic Solid State Surface Mount Devices") enthält Informationen zu den thermischen Profilen, die SMD-Komponenten erfüllen müssen, um für die bleifreie Fertigung zugelassen zu werden.

Höhere thermische Profile beim bleifreien Löten im Bereich von 235-255ºC erfordern unter Umständen eine Neubestimmung der Feuchtigkeitsgrenzen der Komponenten. Diese Daten müssen bekannt sein, damit geeignete Maßnahmen ergriffen werden können, um Feuchtigkeitsprobleme, wie Körnung, Delaminierung und Rissbildung während des bleifreien Reflow-Vorgangs zu vermeiden.

Diese IPC-Norm kann auch für die Beschaffung von Nutzen sein, damit bleifreie Komponenten gemäß der Normanforderungen zugeordnet werden können.

Können bleihaltige Komponenten durch bleifreies Wellenlöten verbunden werden?

Bleihaltige Anschlüsse können nicht durch bleifreies Wellenlöten verbunden werden. Bleifreie Lotstangen enthalten eine geringe Menge an Blei: in der Regel zwischen 0,01 und 0,08 %. Die RoHS-Richtlinie erlaubt einen maximalen Bleigehalt von 0,1 %. Es sind also nur geringe Mengen an Blei nötig, um diese Grenze zu überschreiten. Um den Grenzwert einzuhalten, sollten bleihaltige Anschlüsse vermieden werden. Außer durch Verdünnung gibt es keine effektive Möglichkeit, den Bleigehalt zu senken, wenn die Höchstgrenze von 0,1 % überschritten wird.

Eine Bleiverunreinigung kann auch zu Fillet Lifting und Fillet Tearing führen. Auch wenn dies gemäß IPC-610D kein Mangel darstellt, muss die Auswirkung auf Baugruppen, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, noch durch weitere Studien untersucht werden. Bei der Unterhaltungselektronik ist die Zuverlässigkeit in dieser Hinsicht kein Kriterium, da die meisten Produkte bei der Verwendung keinen Temperaturschwankungen oder -schocks unterworfen sind.

Können bleihaltige Anschlüsse mit bleifreien Lötmitteln in einem SMT-Verfahren zuverlässig gelötet werden?

Die Menge an Blei bei SMD-Anschlüssen kann gering sein; oft verwenden Bauteilhersteller für die Verzinnung 10/90 oder 15/85. Eine geringe Menge an Blei geht in die bleifreie Verbindung über. Bei einem Bleigehalt von weniger als 2 Gew.-% wird die Zug- und Schubfestigkeit im Test nicht beeinträchtigt. Einige Hersteller verwenden eine Mischung aus bleihaltigen und bleifreien SMDs, ohne dass die Produktzuverlässigkeit beeinträchtigt wird. In den meisten Fällen handelt es sich um Produkte aus dem Bereich der Unterhaltungselektronik.

Wenn höchste Zuverlässigkeit erforderlich ist, ist jedoch ein vollkommen bleifreies System vorzuziehen. Wenn bleihaltige SMD-Komponenten verwendet werden müssen, wird empfohlen, die Zuverlässigkeit des Produkts zu testen.

Es ist zu beachten, dass gemäß der RoHS-Richtlinie der Bleigehalt auch in den Lötstellen einen Wert von 0,1 % nicht überschreiten darf. Bleihaltige Anschlüsse können zu höheren Werten führen.

Können bleifreie Anschlüsse mit bleihaltigen Loten wie 63/37 gelötet werden?

Bleifreie Anschlüsse, z. B. aus reinem Zinn, Silber-Palladium und Zinn-Bismut, sind seit Jahren im Einsatz. Diese Anschlüsse wurden bereits problemlos mit 63/37-Lötmitteln gelötet.

Immer mehr Bauteile, die ehemals Bleibeschichtungen aufwiesen, werden heute bleifrei angeboten. Einige Bauteilhersteller vergeben neue Bauteilnummern oder informieren Vertriebshändler und Leiterplattenhersteller über die vorgenommenen Änderungen. Dies ist jedoch leider nicht immer der Fall. Um die Zuverlässigkeit eines Produkts weiterhin gewährleisten zu können, müssen Hersteller von Leiterplatten wissen, um was es sich bei diesen neuen Beschichtungen handelt. Auch wenn nicht bleifrei gelötet wird, kann eine veränderte Lötbarkeit eine Verfahrungsoptimierung erforderlich machen.

Wie kann überprüft werden, ob die gelieferten Bauteile wirklich bleifrei sind?

Da nicht alle Bauteillieferanten die Teilenummern der Bauteile ändern, kann sich dies als sehr schwierig erweisen. Einige Lieferanten markieren die Verpackung von bleifreien Bauteilen mit einem entsprechenden Symbol. In Zweifelsfällen gibt es einige Analysemethoden. Hierbei kann es sich sowohl um zerstörende als auch zerstörungsfreie Verfahren handeln.

Eine zerstörungsfreie Methode besteht darin, die Oberfläche der Bauteile mit einem Wattebausch abzuwischen und diesen Wattebausch in eine reaktive Chemikalie einzutauchen. Bei einem Bleigehalt erhält die Chemikalie eine rosa bzw. rote Färbung. Zu den zerstörenden Methoden gehören SEM/EDX-, ICP- oder AAS-Messungen.

Gibt es eine international geltende Markierung, die auf die Einhaltung der RoHS-Richtlinie und/oder Bleifreiheit von Leiterplatten hinweist?

Nein, eine solch international geltende Markierung gibt es nicht. Die RoHS-Richtlinie erfordert keine Markierung der fertigen Leiterplatten. Das Soldertec-Institut und IPC haben einige Empfehlungen zur Markierung veröffentlicht. Dabei kann es sich um Symbole wie die durchkreuzten Buchstaben "Pb" in einem roten Kreis oder einen Rombus mit dem Text "RoHS" in schwarzen Buchstaben handeln. Ein häufiges Symbol für die Baugruppe ist der Buchstabe "e" und einer darauf folgenden Nummer. Jede Nummer weist auf eine Legierungsfamilie hin. Keine Markierung bedeutet "SnPb".

Weitere Informationen erhalten Sie unter www.ipc.org oder www.soldertec.org

Wie kann gewährleistet werden, dass die bleihaltigen und bleifreien Lötmaterialien in der Produktion nicht verwechselt werden?

Sie sollten eine vollständige Inventarliste aller derzeit verwendeten Materialien aufstellen, wobei alle Positionen eindeutig gekennzeichnet werden. Die Fertigungslinien sollten nach bleifreien oder bleihaltigen Verfahren unterteilt und gut voneinander getrennt sein, um Verunreinigungen zu vermeiden.

Die bleifreien Lötprodukte von Kester sind leicht zu erkennen: bei der Verpackung von Pasten verwenden wir unterschiedliche Farben und bei Lotstangen unterschiedliche Formen. Dadurch wird dem Kunden die Umsetzung von vollkommen bleifreien Lösungen erleichtert.