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LINDE TECHNOLOGY #1.10 // Elektronikproduktion46Bleifreies Löten in der ElektronikindustrieWellenbad inStickstoff-AtmosphäreElektronik besteht nicht nur aus Mikrochips. Platinen in Flachbildschirmen oder MP3-Playernsind auch bestückt mit Widerständen, Kondensatoren und Spulen. Linde-Technologie sorgt dabeifür eine optimale Lötverbindung – bleifrei, kostengünstig und dauerhaft.Autor: Frank FrickBildquelle: Corbis; Getty Images1163/37 – so nennen die Fachleute ein Metallgemisch, mit dem dieMenschheit seit 5.000 Jahren lötet. Es besteht aus 63 Prozent Zinnund 37 Prozent Blei. Trotz vieler Bemühungen einen Ersatz zu finden,hatte sich bis zum Jahr 2003 noch kein alternativer Materialmixdurchgesetzt. Dennoch war damals klar: die Ära des Bleis im Lötmittelwürde auf jeden Fall zu Ende gehen – unabhängig davon, obes eine perfekte Alternative geben würde. Die Europäische Unionveröffentlichte die „Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffein Elektro- und Elektronikgeräten“. Weil immer mehr elektronischeGeräte in unseren Alltag einzogen und schließlichim Abfall landeten, wurde das Blei darin ebensowie andere Schwermetalle und Flammschutzmittelzu einer wachsenden Gefahr für Umwelt und Gesundheit.Satellitenausfall wegen LötfehlerDer vorgeschriebene Bleiverzicht stellte die Elektronikindustrievor neue Herausforderungen: Bei manchenbleifreien Lötmitteln mit hohem Zinngehalt bestehtdie Gefahr, dass sich ein haarfein verzweigtes Zinnkristallin der Lötverbindung ausbildet. Ein solcher„whisker“, wie Fachleute ihn nennen, soll beispielsweise 1998 für denAusfall des Satelliten „Galaxy 4“ verantwortlich gewesen sein: In Nordamerikafunktionierten 40 Millionen Pagers – kleine Geräte für Funkrufdienste– schlagartig nicht mehr.Außerdem besitzen bleifreie Lote deutlich höhere Schmelztemperaturenals die traditionelle 63/37-Mischung. Aber die Hitzemacht empfindlichen elektronischen Bauteilen zu schaffen. Wegensolcher Probleme gibt es zum Beispiel für die Raumfahrt oder für dieMit Stickstofflassen sichDie fehlerbeim bleifreienLötenum die Hälftereduzieren.Medizintechnik bis heute Ausnahmen vom generellen Bleiverbot inElektrogeräten. Aufgeschmolzene, bleifreie Lote haben unter normalenVerarbeitungsbedingungen zudem eine andere Oberflächenspannungals bleihaltige und benetzen ihre Unterlage schlechter. Aber ihrVerhalten lässt sich mithilfe einer Stickstoffatmosphäre deutlich verbessern.„Deshalb hat die Umstellung auf bleifreie Lote dazu geführt,dass der Stickstoff für den Lötprozess enorm wichtig geworden ist“,erklärt Werner Reiss, Experte bei Linde Gas für das Industriesegment„Heat Treatment and Electronic Packaging“. Dennnur, wenn sich das geschmolzene Lot gut ausbreitetund kontaktfähig ist, lässt sich eine zuverlässige Verbindungzwischen elektronischem Bauteil und Leiterplattesicher herstellen.Beim so genannten Reflow-Verfahren, mitdem oberflächenmontierbare Bauelemente – surfacemounted devices, kurz SMD genannt – automatisiertgelötet werden, kann der Stickstoff beispielsweiseden „Grabsteineffekt“ weitgehend verhindern. Dieserwird durch lokal unterschiedliche Oberflächenspannungenim flüssigen Lot hervorgerufen: Das elektronischeBauteil mit seinen zwei Anschlüssen hebt sich auf der einenSeite von der Leiterplatte ab, während es auf der anderen Seite einsinkt.Dadurch sieht der Kondensator oder der elektronische Widerstandwie ein Grabstein aus und ist mangelhaft nur noch an einerStelle angelötet. „Bei einem anderen wichtigen Verfahren, dem Wellenlöten,zeigen Untersuchungen aus der Praxis, dass eine Stickstoffatmosphäredie Rate der fehlerhaften Lötverbindungen mehr als halbierenkann“, sagt Linde-Experte Reiss.