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DE10117404A1 - Verfahren zum Löten von elektronischen Baugruppen mit niedrig schmelzenden Weichloten - Google Patents

Verfahren zum Löten von elektronischen Baugruppen mit niedrig schmelzenden Weichloten

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DE10117404A1
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DE
Germany
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wave soldering
lead
solder
flux
wave
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English (en)
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Werner Kruppa
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Stannol GmbH and Co KG
Original Assignee
PAFF STANNOL LOETMITTEL
Stannol Loetmittelfabrik Wilhelm Paff GmbH and Co KG
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Publication date
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Abstract

Verfahren zum Wellenlöten mit einem bleifreien Lot, bei dem nachfolgend auf einen Reinigungsprozess verzichtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das bleifreie Lot einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als das übliche Zinn-Blei-Lot und unter Verwendung von Flussmitteln mit no-clean Eigenschaften.

Description

Legierungen auf der Basis von Zinn-Bismut haben einen Schmelzbereich um 138°C, die Löttemperatur kann entsprechend abgesenkt werden, temperaturempfindliche Bauteile werden geschont.
Die vorliegende Erfindung dient der Lösung des Problems, daß es bisher nicht möglich war, mit niedrigschmelzenden Loten auf Basis von Zinn- Bismut einen No-Clean-Prozess durchzuführen.
Bisher werden keine Wellenlötprozesse mit niedrigschmelzenden Legierungen durchgeführt, da korrosive Flußmittel eingesetzt werden müssen, deren Rückstände den Anforderungen an einen No-Clean Prozess in der Elektronikfertigung nicht genügen. In der Literatur wird ein Prozess mit organischen Sulfonsäuren als Flußmittel vorgeschlagen (G. Jaeckle Standard Elektronik Lorenz AG, Stuttgard). Die hierin vorgeschlagene Benzolsulfonsäure ist als gesundheitsschädlich und ätzend eingestuft und wirkt stark korrodierend, daher ist ein nachfolgender Reinigungsprozeß notwendig.
Artaki et al (Artaki et al. SMI Adv. Electronics Manuf. Tech. Proc. Tech. Prog., San Jose 1995) empfehlen die Anwendung stark aktivierter wasserlöslicher Flußmittel, deren Reste entfernt werden müssen. Herkömmliche halogenfreie No-Clean Flußmittel sind nicht wirksam genug, um eine gute Benetzung des Lotes zu bewerkstelligen.
Es ist also ein Lötverfahren erwünscht, das einen Einsatz niedrigschmelzender bleifreier Lote ermöglicht und bei dem auf einen nachfolgenden Reinigungsschritt verzichtet werden kann.
Die hier zum Einsatz kommenden Legierungen auf der Basis von Zinn und Bismut haben in Verbindung mit den herkömmlichen Flußmitteln eine im Vergleich zu Zinn-Blei-Legierungen wesentlich schlechtere Benetzungseigenschaften.
Anhand von Benetzungsversuchen mittels einer Benetzungskraftmessung wurde die Wirksamkeit der Flußmittel in Kombination mit Zinn-Bismut- Legierungen nachgewiesen Diese Versuche zur Messung der Benetzungskraft haben ergeben, daß neue halogenfreie Flußmittel, die Wasser enthalten, geeignet sind, das Problem der schlechter Benetzbarkeit zu eliminieren. Diese Flußmittel auf Wasserbasis sind nicht korrosiv und die verbleibenden Rückstände weisen eine hohe Oberflächenisolation auf. Die oxidlösende Wirkung dieser Flußmittel ist stärker, so daß die Eignung für den Wellenlötprozess gegeben ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Legierung aus Zinn und Bismut zum Wellenlöten benutzt wird, mit einem Anteil von mindestens 30% Bi und höchstens 60% Bi, vorzugsweise 55-60% Bi, sowie ein halogenfreies Flußmittel auf Basis organischer Säuren, das nach dem Löten nicht gereinigt werden muß. Die aktiven Bestandteile des Flußmittels sind aus der Gruppe der Carbonsäuren gewählt, vorzugsweise Dicarbonsäuren. Diese Flußmittel enthalten als Lösungsmittel Alkohol-Wasser Gemische oder sind gänzlich frei von niedrigsiedenden Alkoholen, wie z. B. Isopropanol oder Ethanol. Da diese Art Flußmittel nur einen geringen Teil an flüchtigen organischen Verbindungen enthalten, sind diese sog. VOC-freien oder VOC-armen Flußmittel besonders geeignet, Emissionen organischer Lösungsmittel zu vermeiden. Ein zusätzlicher Aspekt zum Schutze der Umwelt.
Die Benetzungskurven (Abb. 1) belegen die verbesserte Lötbarkeit, gemessen mit Kupfersubstraten bei 170°C.
Herkömmliche Flußmittel zeigen in Verbindung mit Zinn-Bismut Legierungen eine vergleichsweise schlechte Lötbarkeit. (Abb. 2).
Beschreibung des Prozesses (Abb. 3)
Mit einem Transportband (1) wird die mit elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte( 2) durch die Lötmaschine (3) gefördert. Zunächst wird das Flußmittel entweder mittels Sprüh- oder Schaumauftrag (4) auf die Lötseite der Leiterplatte (2) aufgetragen. Es erfolgt anschließend eine Vortrocknung der Leiterplatte über der Vorheizung (5), wobei das Lösungsmittel verflüchtigt wird. Die Temperatur der Leiterplatte soll danach ca. 130°C betragen, damit sichergestellt ist, daß das Lösungsmittel abgetrocknet ist. Nach der Vorheizstrecke wird die Leiterplatte über die Lotwellen (6) gezogen, wobei die Unterseite der Leiterplatte (Lötseite) vollständig mit flüssigen Lot aus der Welle in Kontakt kommt. Dabei haftet das Lot an allen metallisierten Oberflächen der Leiterplatte und der Bauteile. Die metallisierten Teile sind mit Lot benetzt und die Lötstellen haben sich voll ausgebildet. Die gelötete Leiterplatte kann nach Verlassen der Lötmaschine ohne einen Reinigungsschritt weiterverarbeitet werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Wellenlöten mit einem bleifreien Lot, bei dem nachfolgend auf einen Reinigungsprozess verzichtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das bleifreie Lot einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt, als das übliche Zinn-Blei Lot und unter Verwendung von Flussmitteln mit no-clean Eigenschaften.
2. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bleifreie Lot eine Legierung ist, die als Hauptbestandteile Zinn und Wismut enthält, mit Bi-Gehalten von 30-­ 60%, vorzugsweise von 50-60%
3. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Zusätze von 0-4% Silber und /oder 0-4%Antimon und/oder 0-2%Indium und /oder 0-0,01% Phosphor und/oder 0-0,2% Nickel enthält.
4. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flußmittel verwendet wird, das nicht korrodierend wirkt und halogenfrei ist.
5. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flußmittel verwendet wird dessen Lösungsmittelanteil ein niedrigsiedender Alkohol, vorzugsweise Ethanol oder Isopropanol, ist.
6. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flußmittel verwendet wird dessen Lösungsmittelanteil aus Wasser besteht.
7. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsmittelanteil des Flußmittels ein Wasser-Alkohol Gemisch ist.
8. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flußmittel verwendet wird, dessen lötwirksame Komponenten aus der Gruppe der Carbonsäuren und/oder Dicarbonsäuren bestehen, mit oder ohne Beimengungen von natürlichen, modifizierten und synthetischen Harzen.
9. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Flussmittel Harze in Form einer Emulsion enthält.
10. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötprozess in normaler Luft ausgeführt wird.
11. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötprozess unter einem Schutzgas durchgeführt wird.
12. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötprozess mit einer Einfach- oder Doppelwellenlötmaschine durchgeführt wird.
13. Verfahren zum Wellenlöten nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötprozess mit einer Miniwelle zum selektiven Löten von Leiterplatten durchgeführt.
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