BLEIFREI
HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN

Handlöten mit bleifreien Legierungen

Welche bleifreien Lotlegierungen und Flussmittel können beim Handlöten eingesetzt werden?

Bei den bleifreien Drahtloten werden gegenwärtig vor allem Zinn-Silber-Kupfer- (Schmelzpunkt 217-221°C), Zinn-Silber- (Schmelzpunkt 221°C) und Zinn-Kupfer-Legierungen (Schmelzpunkt 227°C) verwendet. Diese drei Legierungen sind in allen Durchmessern, selbst als besonders feiner Draht, mit wasserlöslichen, No-Clean- oder Kolophonium-Flussmitteln lieferbar. Die Legierungen werden beim Handlöten auf bleifreie Produkte eingesetzt und können auch zusammen mit anderen bleifreien Legierungen verwendet werden.

Muss die Spitze des Lötkolbens bei bleifreien Lotlegierungen stärker erhitzt werden?

Die Temperaturen sind beim Handlöten mit bleifreien Drahtloten nicht unbedingt höher. Die Lötspitze muss jedoch eine Temperatur von mindestens 371-427°C aufweisen. Beim Löten fällt die im Gegensatz zu herkömmlichen Sn63-Loten etwas langsamere Benetzung auf. Um eine gute Qualität zu erzielen, empfiehlt sich ggf. eine stufenweise Erhöhung der Kontaktzeit. Auch in der Oberflächenbeschaffenheit der Lötstelle fallen Unterschiede auf. Matte Lötstellen sind für die o. g. bleifreien Lote jedoch durchaus typisch. Mit der Verwendung bleifreier Lote mit hohem Zinngehalt ist außerdem eine verstärkte Erosion der Lötspitze verbunden, d. h., die Spitze des Lötkolbens muss häufiger ausgetauscht werden.

Was ist für die Nachbearbeitung bleifreier BGAs zu beachten?

Die BGA-Komponenten sind beim Ablöten und Löten höheren Temperaturen ausgesetzt, da der Schmelzpunkt von Zinn-Silber-Kupfer beispielsweise bei 217-221°C liegt. Durch die gezielte punktuelle Erhitzung können Schäden an der Leiterplatte verursacht sowie - bei der Aufbringung von Komponenten - die Zuverlässigkeit der BGAs nachhaltig beeinträchtigt werden. Eine übermäßige Erhitzung sollte daher vermieden werden. Inzwischen gibt es hervorragende Lösungen für die Nachbearbeitung bleifrei gelöteter BGAs. Dabei wird punktuell eine genau berechnete Menge Luft oder Stickstoff unter die Komponente geleitet. Durch diese Verfahrensweise und eine verbesserte Unterseite wird die Überhitzung verhindert.

Welche Flussmittel können für die Nachbearbeitung bleifreier Lötstellen verwendet werden?

Das bleifreie Löten unterscheidet sich in dieser Hinsicht nicht vom Löten mit Sn63. Bei den Flussmitteln gibt es wasserlösliche, No-Clean- und Kolophonium-Systeme, die ganz speziell auf die beim Handlöten und bei der Nachbearbeitung wesentlichen Erfordernisse zugeschnitten sind. Auf Grund der stärkeren Konzentration der enthaltenen Aktivierungsmittel sind Lote mit wasserlöslichen Flussmitteln besser lötbar. Lote mit No-Clean-Systemen, die schwach konzentrierte organische Säuren enthalten, sind im Vergleich nicht so gut lötbar und neigen bei sehr hohen Temperaturen stärker zur Deaktivierung.

Ist beim Löten mit bleifreien Legierungen eine stärkere Rauchbildung zu erwarten?

Für das bleifreie Löten wurden neue Flussmittel entwickelt, deren Systeme hitzebeständiger sind. Diese Flussmittel zersetzen sich auch bei den mit bleifreien Loten verbundenen geringfügig höheren Prozesstemperaturen nicht.

Muss beim Handlöten unter Stickstoff gearbeitet werden?

Wenn ein speziell für bleifreie Prozesse entwickeltes Flussmittel verwendet wird, ist der Einsatz von Stickstoff bei der Nachbearbeitung nicht zwingend erforderlich. Bei Markenprodukten können Sie i. d. R. davon ausgehen, dass das Flussmittel auch bei höheren Löttemperaturen aktiv bleibt. Flussmittel für Drahtlote und Flussmittelgels für die Nachbearbeitung enthalten stabile Aktivierungsmittel und Kolophoniumharze, die genau auf die Einsatzbedingungen der Legierung und die Prozesstemperaturen abgestimmt sind. Unter Stickstoff wird jedoch die Oxidationsbereitschaft herabgesetzt, d. h., hier wird dieselbe Qualität mit weniger Flussmittel und schwächeren Aktivierungsmitteln erzielt.

Wie kann ein gutes und dennoch leicht zu handhabendes bleifreies Handlötverfahren entwickelt werden?

Eine neue Studie, deren Ergebnisse im Dezember 2004 von TechSearch International im "Lead-free Update" veröffentlicht wurden, weist darauf hin, dass Handlöten im Vergleich zu bleifreiem Wellenlöten und SMT schwieriger umzusetzen ist.

Das könnte daran liegen, dass Handlöten eher bedienerabhängig ist als Reflow- und Wellenlöten. Außerdem ist die Oberflächenspannung in bleifreien Lotlegierungen etwas höher. Auch die Benetzung oder Ausbreitung geht im Vergleich zu 63/37 etwas langsamer vonstatten.

Bedienungsprobleme und mangelnde Benetzung lassen sich nur durch eine entsprechende Optimierung des Lötvorgangs verhindern. Um etwaige Probleme zu vermeiden, verwenden Sie einen Flussmittelgehalt von 2-3 Gew.-% im Drahtlot sowie eine Lötkontakttemperatur von 371-427ºC. Ein Zinn-Silber-Kupfer-Lot (SAC) wird außerdem bessere Fließeigenschaften aufweisen als eine Zinn-Kupfer-Legierung (SnCu).

Die größten Schwachstellen beim bleifreien Handlöten sind kalte Lötstellen, schlechte Benetzung und Entnetzung. Solche Probleme können jedoch vermieden werden.