Löten bei niedriger Temperatur ist ein sich rasch entwickelnder Bereich mit mehreren potenziellen Vorteilen für die Elektronikindustrie. Zu diesen Vorteilen gehören geringere Verformung von Bauteilen und Substraten, geringerer Energieverbrauch und niedrigere Materialkosten. Das Fehlen einer Standard-Lötlegierung und die einzigartigen Eigenschaften der neuen Legierungen erfordern jedoch die Entwicklung neuer Flussmittel und Verfahren, um erfolgreich zu sein.
In diesem Artikel gehen wir auf die aktuellen Herausforderungen und Möglichkeiten beim Niedertemperaturlöten ein. Dazu gehören die begrenzte Verfügbarkeit von Niedrigtemperaturlegierungen, die Nachteile von Legierungen mit hohem Wismutgehalt, die Auswirkungen von Zusatzelementen auf die Legierungseigenschaften, der Bedarf an neuen Flussmittelsystemen und die Bedeutung der Beratung durch die Lötmittelhersteller.
Was ist Niedertemperaturlöten?
Es gibt keine formale Definition von "Niedertemperatur"-Lot. Er bezieht sich jedoch in der Regel auf Legierungen, deren Reflow-Spitzentemperaturen niedriger sind als die der herkömmlichen SAC305 und seine Varianten. Während SAC305 ein Reflow-Spitzentemperaturfenster von 230°C bis 255°C aufweist, haben Niedrigtemperaturlegierungen in der Regel Reflow-Spitzenanforderungen von 190°C oder weniger. Werkstoffe auf SnBi-Basis haben zum Beispiel Spitzen-Reflow-Anforderungen von 170°C bis 190°C.
Zwar gibt es derzeit keine Standard-Lötlegierungen für das Niedertemperaturlöten, doch die gängigsten enthalten Wismut. Der Grund dafür ist, dass andere in Frage kommende Elemente, die in Verbindung mit Zinn zu niedrigeren Schmelzpunkten beitragen könnten - wie Cadmium, Gallium und Indium - entweder giftig oder wesentlich teurer sind.
Was sind die Vorteile und Anwendungen des Niedertemperaturlötens?
Eine Hauptanwendung des Niedertemperaturlötens ist die Oberflächenmontagetechnik (SMT) für die Montage elektronischer Geräte. Eine der Herausforderungen bei SMT ist das Risiko des Verziehens. Verzug kann auftreten, wenn die Bauteile während des Lötprozesses hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Niedertemperaturlöten kann dieses Risiko mindern und die Zuverlässigkeit der Verbindungen verbessern.
Eine vollständigere Liste der Vorteile des Niedertemperaturlötens umfasst:
- Verringertes Verziehen: Niedrigere Temperaturen reduzieren die Verformung von Bauteilen und Substraten während der Montage, was wiederum das Risiko von NWO-Fehlern (non-wet open) verringert und die Produktzuverlässigkeit verbessert.
- Geringere Materialkosten: Durch die Verwendung von Lötmitteln mit niedrigeren Temperaturen können die Hersteller kostengünstigere Kunststoffe und andere Materialien einsetzen und so die Gesamtkosten senken.
- Erhöhte Designflexibilität: Niedertemperaturlote ermöglichen eine größere Designflexibilität, da dünnere und kleinere Bauteile verwendet werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie sich bei der Montage verziehen.
- Geringere Umweltbelastung: Das Löten bei niedrigen Temperaturen führt zu einem geringeren Energieverbrauch und damit zu Vorteilen für die Umwelt, was es zu einer nachhaltigeren Option macht.
- Niedrigere Verarbeitungskosten: Niedertemperaturlote können in der Verarbeitung kostengünstiger sein als Hochtemperaturlote, da sie weniger Energie benötigen.
Diese potenziellen Vorteile machen das Niedertemperaturlöten zu einem vielversprechenden Bereich für künftige Innovationen und Wachstum. Verbraucher- und Wegwerfanwendungen werden aufgrund der Kostenvorteile wahrscheinlich schon bald zum Einsatz kommen. Andere Industriezweige müssen jedoch die verfügbaren Optionen, das Risiko-Ertrags-Verhältnis und die für die Entwicklung eines praktikablen Niedertemperaturmontageverfahrens erforderlichen Ressourcen sorgfältig abwägen.
Was sind die aktuellen Herausforderungen beim Niedertemperaturlöten?
Trotz der potenziellen Vorteile des Niedertemperaturlötens gibt es eine Reihe von Herausforderungen, die überwunden werden müssen, um diese Materialien erfolgreich einzusetzen. Einige der wichtigsten Herausforderungen sind:
Begrenzte Verfügbarkeit und Fehlen eines Standards
Derzeit gibt es nur wenige Möglichkeiten für Niedertemperaturlote, wobei SnBi-Legierungen die wichtigste Option sind. SnBi-Legierungen haben jedoch im Vergleich zu SAC-basierten Werkstoffen mehrere Nachteile, darunter eine schlechtere mechanische und thermische Ermüdungsleistung. Dies schränkt ihre Einsatzmöglichkeiten in bestimmten Anwendungen und Branchen ein.
Die Zugabe von Spurenelementen und Zusatzstoffen kann die Leistung verbessern und wird oft vorgenommen, um die Anforderungen einer bestimmten Anwendung zu erfüllen. Aber bei so vielen Eingangsvariablen, Bestandteilen, Zusatzelementen und deren Menge und Auswirkung auf die Leistung der Lötlegierung ist es unwahrscheinlich, dass eine einzige Niedrigtemperaturlegierung alle oder sogar die meisten Anwendungsanforderungen erfüllt. Daher muss sich erst noch ein "Standard" für das Niedrigtemperaturlöten herausbilden.
Nachteile von Legierungen mit hohem Wismutgehalt
Wismuthaltige Legierungen weisen eine Sprödigkeit auf, die sowohl die Prozessfähigkeit als auch die Produktzuverlässigkeit beeinträchtigen kann. Eine Erhöhung des Verhältnisses von Zinn zu Wismut kann die Sprödigkeit verringern, aber dadurch erhöht sich auch der pastöse Bereich, was das Erreichen einer guten Lötung möglicherweise erschwert.
Während Zusatzelemente wie Silber, Kupfer, Antimon und Nickel die mechanische und thermische Leistung von Wismutlegierungen verbessern können, können diese Elemente auch die Duktilität der Legierung, die Schmelztemperatur und die Verarbeitungseigenschaften beeinflussen. Es kann eine Herausforderung sein, ein Gleichgewicht zwischen Legierungsleistung und Herstellbarkeit zu finden.
Bedarf an neuen Flusssystemen
Die einzigartigen Eigenschaften von Wismut-haltigen Legierungen erfordern die Entwicklung völlig neuer Flussmittelsysteme, um ein erfolgreiches Löten zu gewährleisten. Die Auswirkungen von Oberflächenbeschaffenheit, Bauteilverzinnung und anderen gelöteten Oberflächen auf diese Flussmittelsysteme sind noch nicht eindeutig definiert. Diese Herausforderungen unterstreichen den Bedarf an kontinuierlicher Forschung und Entwicklung.
Die Wichtigkeit der Beratung durch Lötmittel-Lieferanten
Es ist wichtig, sich von Lötmittelherstellern beraten zu lassen, die wertvolle Einblicke in die verfügbaren Optionen geben und den Herstellern bei der Auswahl der richtigen Lötmittel-Legierung für ihre spezifische Anwendung helfen können.
Die Lötmittelhersteller können auch bei der Entwicklung eines praktikablen Niedertemperatur-Montageprozesses behilflich sein, einschließlich der Auswahl des richtigen Flussmittelsystems, der Optimierung der Prozessparameter und der Identifizierung potenzieller Risiken und Herausforderungen.
Die Zusammenarbeit mit einem renommierten Lötmittelhersteller kann den Herstellern auch dabei helfen, über die neuesten Entwicklungen im Bereich des Niedertemperaturlötens auf dem Laufenden zu bleiben und von neuen Innovationen und Fortschritten auf diesem Gebiet zu profitieren. Indem sie der Entwicklung immer einen Schritt voraus sind, können Hersteller wettbewerbsfähig bleiben und sicherstellen, dass ihre Produkte hinsichtlich Leistung und Zuverlässigkeit optimiert sind.
Ursprünglich veröffentlicht in Montage von SchaltkreisenMärz 2024.
