Wenn es um die Herstellung von Elektronik geht, ist die Wahl eines Lot Legierung zu wählen, ist keine pauschale Entscheidung. Jede Legierung hat ihre eigenen Stärken, Kosten und eignet sich für unterschiedliche Fertigungsprozesse und Endanwendungen.
Ganz gleich, ob Sie Smartphones bauen oder Steuermodule für Fahrzeuge montieren, die von Ihnen verwendete Lötlegierung wirkt sich auf Zuverlässigkeit, Herstellbarkeit und Konformität aus. Dieser Leitfaden bietet einen praktischen Einblick in die Unterschiede zwischen Lötlegierungen und zeigt, wie Sie die richtige Wahl für Ihre Anwendung treffen.
Was ist eine Lötlegierung?
Eine Lötlegierung ist eine Mischung aus Metallen, die zuverlässige elektrische und mechanische Verbindungen zwischen Metalloberflächen herstellt. Während Reinzinn technisch für diesen Zweck verwendet werden kann, verbessert die Legierung mit anderen Elementen die Leistung erheblich, indem Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Benetzungsverhalten, Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit angepasst werden. Zu den üblichen Legierungselementen gehören Blei (Pb), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Antimon (Sb) und Wismut (Bi).
Diese Kombinationen werden sorgfältig entwickelt, um die Anforderungen bestimmter Anwendungen zu erfüllen - einige eignen sich besser für hochzuverlässige Baugruppen in der Luft- und Raumfahrt, während andere für hochvolumige Konsumgüter optimiert sind.
Schlüsselfaktoren bei der Legierungsauswahl
Die Kosten sind immer eine Überlegung wert, vor allem bei der Produktion großer Mengen. Silber zum Beispiel verbessert die Benetzung und Festigkeit, erhöht aber auch die Materialkosten erheblich. Je nach Anwendung können Legierungen mit geringerem Silbergehalt oder silberfreie Formulierungen dazu beitragen, die Kosten zu senken, ohne die Leistung stark zu beeinträchtigen.
Festigkeit und Zuverlässigkeit sind ebenso wichtig - vor allem bei Baugruppen, die thermischen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. In diesen Fällen ist eine Legierung mit hervorragender Ermüdungsfestigkeit und Haltbarkeit der Verbindungen eine bessere Investition, auch wenn sie etwas teurer ist.
Auch die Schmelztemperatur einer Legierung spielt eine entscheidende Rolle. Höhere Schmelzpunkte können zu einer stärkeren thermischen Belastung von Bauteilen und Substraten führen, was insbesondere bei temperaturempfindlichen Teilen problematisch ist. Inzwischen ist eine niedrigerer Schmelzpunkt können die Verarbeitung erleichtern, bieten aber möglicherweise nicht genügend Festigkeit oder Zuverlässigkeit für anspruchsvolle Umgebungen.
Und schließlich ist die Einhaltung von Umweltauflagen und gesetzlichen Bestimmungen oft ausschlaggebend für die Wahl der Legierung. Im Jahr 2006 änderte die RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances) die Situation, indem sie die Verwendung von Blei in der auf vielen globalen Märkten verkauften Elektronik einschränkte. Dies führte zu einer weit verbreiteten Umstellung von traditionellem Zinn-Blei-Lot auf bleifreie Alternativen, insbesondere bei Verbraucher- und kommerziellen Anwendungen. Einige Industriezweige - wie die Luft- und Raumfahrt und das Militär - sind jedoch nach wie vor davon ausgenommen und verwenden weiterhin hochzuverlässige bleihaltige Lote.
Blei vs. bleifreies Lot
Jahrzehntelang war die bevorzugte Lötlegierung Sn63Pb37, eine eutektische Zinn-Blei-Legierung, die für ihre hervorragenden Benetzungseigenschaften, ihre schnelle Erstarrung und ihren niedrigen Schmelzpunkt von 183 °C bekannt ist. Diese Eigenschaften erleichterten die Arbeit mit dieser Legierung, insbesondere in der Massenproduktion. Trotz geänderter gesetzlicher Bestimmungen wird es auch heute noch in Sektoren verwendet, für die Ausnahmeregelungen gelten, vor allem wegen seiner unübertroffenen Leistung in Bezug auf Zuverlässigkeit und einfache Verarbeitung.
Als die RoHS-Richtlinie einen Großteil der Elektronikindustrie zum bleifreien Löten zwang, führte dies zu einer Innovationswelle in der Legierungsentwicklung. Die Hersteller begannen, neue Legierungselemente in verschiedenen Kombinationen zu erforschen, um praktikable Alternativen zu finden. Letztendlich tendierten viele bleifreie Legierungen zu höheren Schmelzpunkten und einem anderen Benetzungsverhalten, was Anpassungen bei Prozessen und Materialien erforderte.
Ein kurzer Blick auf die Generationen der bleifreien Legierungen
Keine einzelne Legierung hat sich als perfekter Ersatz für das traditionelle Zinn-Blei erwiesen. Stattdessen, Legierungsentwicklung wurde schrittweise weiterentwickelt, wobei jeweils die Einschränkungen der Vorgänger behoben wurden.
Bleifreie Legierungen der ersten Generation einschließen. SAC305ein Zinn-Silber-Kupfer-Gemisch mit 3% Silber und 0,5% Kupfer. Es wurde aufgrund seiner soliden Gesamtleistung und seiner Verfügbarkeit in verschiedenen Lötformen - Paste, Stange und Draht - zu einem Industriestandard. SAC305 hat jedoch auch seine Nachteile. Es ist teurer als Bleizinn und verzeiht weniger thermische Belastung und mechanische Zuverlässigkeit.
Legierungen der zweiten Generation wurden als Reaktion auf diese Bedenken eingeführt. Dazu gehören silberarme Optionen wie SAC105 und SAC0307 sowie silberfreie Alternativen wie SN100C®.. Diese Legierungen senken die Kosten und bieten in einigen Fällen Vorteile wie geringere Schlacke Bildung oder geringere Kupfererosion beim Wellenlöten. Allerdings weisen sie in der Regel höhere Schmelztemperaturen und in einigen Fällen eine geringere mechanische Festigkeit auf.
Legierungen der dritten Generation einen neuen Ansatz verfolgen, indem sie Elemente wie Wismut nutzen, die früher aufgrund der Unverträglichkeit von Blei vermieden wurden. Da die alten bleihaltigen Verfahren auslaufen, werden Legierungen wie die von AIM REL61 und REL22 bieten erhebliche Vorteile. REL61 zum Beispiel senkt die Kosten und verbessert die Leistung im Vergleich zu SAC305. REL22 hingegen wurde entwickelt für hohe Zuverlässigkeitund konkurriert mit Zinn-Blei in rauen oder unternehmenskritischen Anwendungen.
Anpassung der Legierung an die Anwendung
Die Wahl der richtigen Legierung hängt sowohl von Ihrem Verfahren als auch von den Anforderungen an das Endprodukt ab. Im Folgenden finden Sie einige allgemeine Richtlinien, wann Sie welche Art von Legierung verwenden sollten:
- Allgemeine bleifreie Anwendungen: SAC305 ist aufgrund seiner Vielseitigkeit und seiner bewährten Eigenschaften nach wie vor ein beliebtes Produkt. Es ist in praktisch allen Lötproduktformen erhältlich und ist mit gemischten Pb/Pb-freien Umgebungen kompatibel.
- Kostenbewusstes, zuverlässiges Wellenlöten: SN100C ist in diesem Bereich besonders leistungsfähig. Es reduziert die Kupferauflösung und Krätzebildung und verbessert die Prozessstabilität. Es bietet auch eine gute mechanische Leistung und ist oft wirtschaftlicher als SAC305.
- Vollständig bromfreie, kostenbewusste Prozesse: REL61 bietet ein hervorragendes Gleichgewicht von Leistung und Wert. Sein Wismut-Gehalt verbessert die Benetzung und reduziert die Hohlraumbildung, macht es aber potenziell inkompatibel mit Prozessen, in denen Blei vorhanden sein kann.
- Hochzuverlässige Anwendungen: REL22 wurde für extreme Umgebungen entwickelt, z. B. für die Motorhaube von Kraftfahrzeugen, die Luft- und Raumfahrt oder industrielle Steuerungen. Es bietet hervorragende Ermüdungsfestigkeit und thermische Stabilität, ist aber mit höheren Materialkosten verbunden.
- Anforderungen bei niedrigen Temperaturen: Für temperaturempfindliche Baugruppen, wie z. B. solche, die bestimmte Kunststoffe oder zerbrechliche Komponenten verwenden, schmilzt Sn42/Bi57/Ag1 bei nur 138 °C. Es ist ideal, wenn die thermische Belastung minimiert werden muss.
- Ältere oder steuerbefreite Sektoren: Sn63Pb37 ist in vielerlei Hinsicht unübertroffen und wird weiterhin dort verwendet, wo RoHS-Ausnahmen gelten. Seine eutektische Beschaffenheit gewährleistet eine vorhersehbare Verarbeitung und starke, dauerhafte Verbindungen.
Abschließende Überlegungen: Die Wahl der richtigen Legierung
Die Auswahl einer Lötlegierung ist keine Einheitsentscheidung. Sie erfordert eine Abwägung zwischen technischer Leistung, Kosten, Konformität und Kompatibilität mit Ihren bestehenden Verfahren.
Da die Industrie weiterhin innovativ ist, setzen neuere Legierungen wie REL61 und REL22 neue Maßstäbe in Bezug auf Leistung, Zuverlässigkeit und Wert. Das Verständnis der Kompromisse zwischen verschiedenen Zusammensetzungen kann Herstellern helfen, die Produktion zu optimieren, die Langlebigkeit der Produkte zu verbessern und die Gesamtbetriebskosten zu senken.
Wenn Sie nicht sicher sind, welche Legierung für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, wenden Sie sich an Ihren das technische Team des Lötmittelherstellers. Bei AIM arbeiten wir eng mit den Kunden zusammen, um die Prozessanforderungen zu bewerten und auf ihre Ziele zugeschnittene Werkstoffe zu empfehlen. Denn wenn es um Lot geht, macht die richtige Legierung den Unterschied.
