Alles über Flex: Lead

Oct 31, 2023

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Seit die europäische Gemeinschaft 2006 die RoHS-Richtlinie verabschiedet hat, hat die US-Elektronikindustrie den Einsatz von bleifreiem Lot stetig erhöht. Die Medizinbranche war die erste US-Branche, die vollständig auf Blei verzichtete. Heutzutage wird ein erheblicher Prozentsatz des Elektroniklötens mit bleifreiem Lot durchgeführt. Nach mehreren Jahren der Weiterentwicklung und trotz einiger Fehlcharakterisierungen erweist sich bleifreies Löten als kosteneffektiv und zuverlässig.

Während bleifreies Lot zuverlässig ist, gibt es Unterschiede bei Materialien und Verarbeitung, die verstanden werden müssen, um ein robustes Elektronikdesign zu gewährleisten.

Material Zusammensetzung : Die am häufigsten verwendete bleifreie Lotpaste ist eine Zinn/Silber/Kupfer-Legierung (Sn/Ag/Cu). Diese sind in leicht unterschiedlichen Kombinationen erhältlich; Die folgenden sind die häufigsten:

Es gibt auch andere Legierungen als Zinn/Silber/Kupfer, die zum bleifreien Löten verwendet werden können; Die meisten davon sind für nicht-elektronische Anwendungen bestimmt. Die optimale Wahl der Legierung hängt von der Art der zu lötenden Oberfläche und der Anwendung der flexiblen Schaltung ab.

Kosmetisches Erscheinungsbild : Die klassischen Zinn-Blei-Lötstellen waren glänzend und glatt. Tatsächlich hatte eine defekte Lötstelle oft ein mattes, raues Aussehen. Dies gilt nicht für bleifreie Lötstellen, die weniger glänzend aussehen. Wer sich mit bleifreiem Lot nicht auskennt, wird die matte Optik sofort als fehlerhafte Verbindung erkennen. Das matte Aussehen von Lötstellen ist kein Hinweis auf die Qualität der Lötstelle, sondern liegt einfach an den inhärenten Eigenschaften der Legierung. Einen direkten Vergleich finden Sie in Abbildung 1.

Abbildung 1: Bleifrei vs. Zinn-Blei. (Quelle: CEDOS Electronics)

Prozesstemperatur : Bleifreies Lot beginnt bei etwa 218 °C aufzuschmelzen, während Zinn-Blei-Lot bei etwa 188 °C auffließt. Die höhere Temperatur kann sich nachteilig auf die auf einer flexiblen Schaltung verwendeten Vorrichtungen, Geräte und Materialien auswirken. Bei der Einführung einer neuen Teilenummer, die bleifreies Lot erfordert, sollte eine technische Überprüfung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass alle Materialien eine ordnungsgemäße Temperaturkompatibilität aufweisen.

Mechanische Festigkeit : Bleifreies Lot hat nicht die mechanische Festigkeit des herkömmlichen Zinn-Blei-Lots. Dies ist einer der Gründe dafür, dass bleifreies Blei nicht in Militär- oder Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet wird. Von der RoHS-Richtlinie sind Militär- und einige Luft- und Raumfahrtprodukte ausgenommen. Während Zinn-Blei-Lot bessere mechanische Eigenschaften aufweist, gibt es Möglichkeiten, Probleme mit der mechanischen Festigkeit mit bleifreiem Lot zu lösen. Das Hinzufügen von Epoxid- oder Schutzbeschichtungen zur Verstärkung der Verbindungsbereiche ist eine Möglichkeit, Konstruktionen, die ein hohes Maß an mechanischer Festigkeit erfordern, robuster zu gestalten.

Fluss: Wie beim Zinn-Blei-Löten gibt es beim bleifreien Löten zwei Grundtypen von Flussmitteln: mit Wasser auswaschbare Flussmittel und No-Clean-Flussmittel. Das mit Wasser auswaschbare Flussmittel muss nach dem Löten vollständig entfernt werden. Das Waschen mit Wasser funktioniert im Allgemeinen gut, wenn unter den Komponenten ausreichend Platz zum Abspülen von Rückständen vorhanden ist. Wenn Bauteildichte und -profil eine gründliche Spülung nicht zulassen, sollte No-Clean-Flussmittel verwendet werden. No-Clean-Flussmittel hinterlässt sichtbare Rückstände, die manche als störend empfinden könnten. Möglicherweise besteht die Versuchung, die Entfernung von Rückständen durch einen Reinigungsprozess zu verlangen. Doch Experten raten davon ab, die Rückstände eines No-Clean-Flussmittels zu entfernen. No-Clean-Flussmittelrückstände sollen alle Verunreinigungen einkapseln, die möglicherweise elektrische Probleme im Feld verursachen könnten. Durch die Reinigung des No-Clean-Flussmittels besteht die Gefahr, dass einige der Verunreinigungen zurückbleiben und potenzielle Zuverlässigkeitsprobleme verursachen.

Testen : Zuverlässigkeit und elektrische Tests sind sowohl für bleifreie als auch für Zinn-Blei-Lötprozesse gleich. Es gibt einige Tests, um festzustellen, ob eine bestimmte Komponente Blei enthält. Eine besteht darin, eine Chemikalie aufzutragen, die einfach ihre Farbe ändert, wenn Blei im Lot enthalten ist. Man könnte auch ein Atomabsorptionsspektrophotometer verwenden, das den genauen Metallgehalt ermittelt. Diese Tests dienen hauptsächlich dazu, sicherzustellen, dass ein eingehendes Produkt bleifrei ist, oder um nachzuweisen, dass ein Produkt die RoHS-Anforderungen erfüllt. Während der Schaltungsherstellung sollte durch eine prozessbegleitende Materialkontrolle sichergestellt werden, dass die Lotpaste bleifrei ist.

Ein Designer elektronischer Verpackungen, der mit bleifreien Prozessen nicht vertraut ist, muss über die verschiedenen Design-, Material-, Prozess-, Komponenten- und Inspektionsnuancen informiert werden, die das bleifreie Löten mit sich bringt. Viele Schaltungslieferanten sind in der Lage, umfangreiche Designunterstützung für Anwendungen bereitzustellen, die bleifreies Lot erfordern.

Dave Becker ist Vizepräsident für Vertrieb und Marketing bei All Flex Flexible Circuits LLC.