EPP 10.2017

BAUGRUPPENFERTIGUNG
Durchstieg einer OSP-beschichteten Leiterplatte beim Selektivlöten
Niedrigschmelzendes Lot
für mehr Produktivität
Die immer fortschreitende Packungsdichte auf elektronischen Baugruppen und der Umstieg
auf bleifreie Legierungen haben in der Evolution und Wahl der Leiterplattenbeschichtungen
eine Hauptrolle gespielt. Die korrekte Wahl einer Leiterplattenbeschichtung beinhaltet oft die
Evaluierung von den Vor- und Nachteilen der einzelnen Beschichtungen und hängt meistens
von der Anwendung und den Anforderungen ab. Diese Anforderungen können zum Beispiel
mechanische Festigkeit der Lötstelle, Planarität der Beschichtung, Verunreinigung des
Löttiegels, Lagerzeit, Degradierung nach Reflow und nicht unwichtig die Kosten, sein.
Trotz ihrer Limitierungen in Planarität hat es die Hal-Beschichtung
geschafft, eine relativ breite Akzeptanz in den meisten Märkten
zu behalten. Auch NiAu hat sich als zuverlässige Beschichtung etabliert,
obwohl die Verunreinigung mit Gold des Löttiegels oder Lötstelle
für manchen von Bedeutung sein kann. Es hat sich herausgestellt,
dass in Europa chemisch Zinn bekannter ist, während chemisch
Silber in Amerika beliebter zu sein scheint. Dagegen wird die
OSP(organische Oberflächenpassivierung)-Beschichtung oft in Asien
eingesetzt, hat jedoch weniger Akzeptanz im Rest der Welt.
Obwohl die OSP-Beschichtung sehr interessante Eigenschaften hat,
wird sie von vielen als eine billige Lösung für ‚Lowcost‘-Elektronik
gesehen. Der Hauptgrund dafür ist, dass die Lötbarkeit der OSP-Beschichtung
nach einem bleifreien Reflowprozess sehr schnell nachlässt,
was einen problematischen Durchstieg beim Wellen- und Selektivlöten
zur Folge haben kann. Neben diesem Nachteil weist die
Beschichtung sehr interessante Eigenschaften auf. So ist der Auftrag
einer OSP-Beschichtung im Leiterplatten-Fertigungsprozess relativ
einfach ohne die Lötstoppmaske groß zu beeinträchtigen. OSP-
Beschichtungen haben eine optimale Planarität, eine gute Stabilität
in der Lagerung und sind weniger kostenintensiv im Vergleich zu anderen
Beschichtungen.
Der Fokus dieser Fallstudie liegt auf den möglichen Limitierungen
einer OSP-Beschichtung beim Durchstieg in einem Selektivlötprozess
mit zwei verschiedenen bleifreien Lotlegierungen: Eine Standard
SnCu-Legierung und die niedrigschmelzende Legierung
LMPA-Q von Interflux.
Testaufstellung
Als Testleiterplatte wurde eine doppelseitige FR4 Leiterplatte mit einer
in Asien gängigen OSP-Beschichtung gewählt. Die Testleiterplatte
hat Durchkontaktierungen für einen DDR3 Stecker, die von oben
und unten mit einer Cu-Massenfläche verbunden sind, um ein realistisches
thermisches Verhalten aufzuweisen.
Die Leiterplatten werden in drei verschiedenen Konditionen gelötet:
Ohne vorherigem Prozess; zweimal gealtert mit einer Peaktemperatur
von 200°C und zweimal gealtert mit einem Reflowprofil mit einer
Peaktemperatur von 240°C. Dabei simuliert das Reflowprofil
von 200°C eine Alterung von einem doppelseitigem Reflowprozess
mit einer LMPA-Q Lotpaste, das Reflowprofil von 240°C eine Alterung
von einem doppelseitigem Reflowprozess mit einer Standard
bleifreien Lotpaste.
Die Zeit zwischen Alterung im Reflow- und Selektivlöten beträgt 48
Stunden. In der Praxis lässt sich eine Verschlechterung der OSP-Beschichtung
bereits nach 4 Stunden feststellen. Ein Sn-beschichteter
DDR3 Stecker wurde aufgrund seiner hohen Anschlusspindichte
von 240 Pins mit 2-mm-Pitch gewählt.
Foto: Interflux
OSP-Testleiterplatte mit
DDR3 Stecker.
Ecoselect 1 von Ersa.
Foto: Interflux
48 EPP Oktober 2017