Lotperlenfreie Zone? – Eine Betrachtung - EPM Handels AG

FERTIGUNG
Hitzige Reaktionen
Wenn Lotperlenverursacher Nr. 1, der
Lötstopplack, mit ca. 50% zu Buche
schlägt, und Grund Nr. 2, das Flussmittel,
noch gut 20% zu den Lotperlen beiträgt,
bleiben noch knapp 30% für andere
Gründe übrig - und die liegen in den Lötmaschinen
und in den schier unendlichen
Lötparametern. Es herrscht weitestgehend
Einigkeit darüber, dass
durch Einführung des bleifreien Lötens
per se mehr Lotperlen entstehen. Zwar
ist die Oberflächenspannung der bleifreien
Lote größer als die der bleihaltigen,
auf der anderen Seite kann man
dem aber, wie beschrieben, durch das
geeignete Flussmittel entgegenwirken.
In jedem Fall spielt die Temperatur eine
große Rolle, und so muss dann auch den
bei bleifreien Legierungen deutlich erhöhten
Löttemperaturen Rechnung getragen
werden. Das fängt mit der Vorheizung
an: EPM-Lötmaschinen verfügen
deshalb über eine Konvektionsheizung,
die dafür sorgt, dass das Flussmittel genau
zum richtigen Zeitpunkt aktiviert
wird und dass das Lösungsmittel rechtzeitig
vor Eintritt der Leiterplatte in das
Lötbad verdampft. Und auch die
Schmelz- und Löttemperaturen sind
deutlich höher: der Schmelzpunkt von
bleihaltigem, eutektischem Lot liegt bei
183 Grad, die Löttemperatur beträgt 250
Grad. Bei bleifreien Loten kommt man
deutlich mehr ins Schwitzen: hier liegt
die Schmelztemperatur zwischen 220
und 230 Grad, die Löttemperatur bei ca.
260 Grad (z.B. SAC). Ein gewaltiger Unterschied,
der allerdings durch die Vollstickstoffmaschinen
und auch durch die
teilbegasten EPM-Anlagen wieder aufgefangen
wird. Dass eine Schutzgasatmosphäre
das bleifreie Löten unterstützt,
ist unumstrittten, denn unter Schutzgas
können die Löttemperaturen wieder
niedriger sein, das Prozessfenster ist damit
fast genauso gross wie vorher auch.
Das liegt nicht zuletzt daran, dass die
Stickstoffatmosphäre die Benetzung unterstützt.
Ausserdem wird unter Schutzgas
weniger Flussmittel benötigt, wodurch
die Flussmittelrückstände, die
Feuchtebelastung und - last but not least
- auch wieder die Bildung von Lotperlen
deutlich reduziert werden. Nicht zu vergessen,
dass sich unter Stickstoff deutlich
weniger Krätze bildet, der Wartungsaufwand
der Maschine geringer ist
und die Zuverlässigkeit der Baugruppen
erhöht wird.
Ein anderer Lotperlen beeinflussender
Faktor ist die Welle selbst. Wenn die
Welle läuft, beginnt ein Oxidationsprozess;
dabei ist es erwiesen, dass die Oxi-
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dationsrate unter Normalatmosphäre bei
bleifreien Loten 10 - 12 mal höher liegt
als bei bleihaltigen. Und auch hier
schafft die Stickstoffmaschine Abhilfe,
denn das Schutzgas hält die Oxidationsrate
auf einem sehr erträglichen Maß.
Auch die Kontaktzeit, die die Welle mit
dem Lot hat, spielt eine Rolle: betrug sie
beim bleihaltigen Löten 2 - 2,5 Sekunden,
so erhöht sich diese Zeit beim bleifreien
Löten auf 3,5 - 4 Sekunden.
Auf in eine lotperlenfreie Zukunft?
Kann die lotperlenfreie Zone jemals Realität
werden? Wir meinen, ganz realistisch
gesehen: Nein. Dazu sind viel zu
viele Faktoren ausschlaggebend, zu viele
Parameter, die im jeweiligen Zusammenspiel
und unter veränderten äußeren
wie inneren Gegebenheiten immer
anders wirken werden. Ganz zu schweigen
von den Faktoren, die die großen Unbekannten
sind und die allein deshalb
schon nicht plan- oder kalkulierbar sind.
Das fängt bei der Zusammensetzung von
Lötstopplack und Flussmitteln an, geht
über Produktionsumgebungen und -
bedingungen wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit,
über Einflussparameter
beispielsweise für Brückenbildung und
Durchsteigeverhalten (Flussmittelmenge,
Vorheiztemperatur, Löttemperatur,
Kontaktzeit) und hört bei den Maschinenvoraussetzungen
noch lange nicht
auf. Nicht zuletzt die Anzahl der möglichen
zu verwendenden Materialien
macht dies noch mal mehr deutlich: ein
Produktionsleiter einer Leiterplattenfabrik
arbeitet heute mit mindestens 50
verschiedenen Sorten Lötstopplack,
mindestens genau so viele verschiedene
Flussmittel sind im Einsatz. Wenn man
alle diese Faktoren in Betracht zieht,
auch in ihrer jeweiligen Wechselwirkung,
dann kann wohl niemand ernsthaft
die lotperlenfreie Zeit vorhersagen.
Wertschöpfungskette gemeinsam
steigern
Noch lange kein Grund, zu resignieren,
sondern vielmehr, sich der Realität zu
stellen und das Beste daraus zu machen.
EPM-Chef Isler: »Wo gehobelt wird, fallen
Späne, und wo gelötet wird, entstehen
Lotperlen - das wird sich nie ändern.
Und trotzdem können wir als Hersteller
eine Menge zum problemfreien Lötprozess
beitragen: durch unsere Maschinen-Technologie
trocknet das Flussmittel
zuverlässig, und in dem wir die Geometrie
der Welle ändern, sprich: sie verstellbar
machen, können wir den Abriss
des Lotes weiter optimieren. Hinzu
kommt, dass wir unseren Kunden je nach
zu fertigendem Produkt Hinweise und
Empfehlungen über die einzusetzenden
Materialien geben, und dies dann auch
bei Probelötungen immer wieder etlichen
Praxistests unterziehen«. Aber auch
die anderen Marktteilnehmer könnten
ihren Beitrag zur Lotperlenreduzierung
leisten: »Lackhersteller können für noch
weniger Lotperlenanhaftung sorgen,
und Flussmittel können weiter optimiert
werden. Wenn jedes Glied in der Kette
bereit ist, mehr Verantwortung zu übernehmen
und die Karten ein wenig offener
auf den Tisch zu legen, dann erreichen
wir für den Kunden gemeinsam eine
deutliche Steigerung seiner Wertschöpfungskette«,
macht Isler deutlich.
Und schnippt eine winzige Lotperle von
der gerade abgekühlten Leiterplatte.
Oliver Kägi ist Vertriebsleiter bei der EPM
Handels AG aus Geroldswil bei Zürich,
Ute Zimmermann ist freie Journalistin in
Wiesbaden-Auringen.
o.kaegi@epm.ch
ute@europresence.de
SMT 8-9/2006