Dieser Artikel ist eine kurze Zusammenfassung einer Forschungsarbeit mit dem Titel "Addressing Low-Temperature Rework Concerns", verfasst von Tim O'Neill, Jen Fijalkowski, Carlos Tafoya, Yuan Xu, Steve Hrcek (AIM Solder, Montreal, Quebec, Kanada), Leo Lambert (EPTAC Corporation, Manchester, NH, USA), Bob Willis (Chelmsford, Essex, England) und S'ad Hamasha, Ph. D. (Auburn University, Auburn, AL, USA). Der vollständige Forschungsbericht wurde auf der SMTAI 2022 vorgestellt.
Die Bedeutung der Nacharbeit bei niedrigen Temperaturen
Niedrigtemperatur-Lote mit hohem Wismutgehalt haben bei den Herstellern von Unterhaltungselektronik großes Interesse geweckt, da sie Kostenvorteile gegenüber den herkömmlichen silberhaltigen und silberarmen Legierungen bieten. Ein Aspekt, der bei der Einführung von Niedertemperaturlegierungen jedoch übersehen wurde, ist die Nacharbeit und die Befestigungsprozesse nach der Montage. In diesem Beitrag wird auf die mit Niedertemperaturloten verbundenen Probleme bei der Nacharbeit eingegangen, und es werden Hinweise zu Nacharbeitsmaterialien und -techniken für eine erfolgreiche Umsetzung gegeben.
Die Herausforderung des Niedertemperaturlötens
Niedertemperaturlote, insbesondere solche, die Wismut enthalten, weisen einzigartige Eigenschaften auf, die ihre Anwendung schwierig machen. Wismuthaltige Legierungen bieten niedrigere Schmelztemperaturen, aber die Sprödigkeit von Wismut behindert die Herstellung von Fülldrähten, die für bestimmte Lötverfahren unerlässlich sind. Diese Einschränkung hat zu zwei Ansätzen zur Überwindung der Herausforderung geführt: die Verwendung eines wismuthaltigen Massivdrahtlots mit einem externen Flussmittel oder die Verwendung von herkömmlichem Zinn/Silber/Kupfer (SAC)-Flussmitteldrahtlot zur Nachbearbeitung von Niedertemperatur-Lötstellen.
Experimentelle Methodik: Untersuchung der Nacharbeitseigenschaften von Niedertemperaturloten
Um die Rework-Leistung von Niedertemperaturloten zu untersuchen, wurden drei Rework-Bedingungen untersucht.
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- Bedingung 1 Sn42/Bi57/Ag1-Paste und SAC305-Fülldraht verwendet.
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- Bedingung 2 Sn42/Bi57/Ag1-Paste mit massivem Sn42/Bi57/Ag1-Draht und externem Flussmittel verwendet.
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- Bedingung 3 SAC305-Paste und SAC305-Fülldraht für die Nacharbeit verwendet.
An verschiedenen Bauteilen wurden Querschnittsanalysen und Scherfestigkeitsprüfungen durchgeführt, um die Qualität der Lötstellen zu bewerten.
Ergebnisse und Beobachtungen: Bewertung der Qualität und Duktilität von Lötverbindungen
Die Studie zeigte, dass Niedrigtemperaturlegierungen, die in SMT- und PTH-Prozessen verwendet werden, mit Massivdraht mit niedriger Schmelztemperatur und externem Flussmittel sowie mit SAC305-Drahtlot mit Flussmittelkern erfolgreich nachgearbeitet werden können. Die Lötstellen erfüllten die IPC-Kriterien für Lötstellen der Klassen 1, 2 und 3, was auf ihre Zuverlässigkeit hinweist. Die Ergebnisse von Schertests zeigten, dass SAC-Lötstellen duktiler waren als Wismut-haltige Gegenstücke.
Erfolgreiche Nacharbeit von Niedertemperaturloten
Die Forschung hat gezeigt, dass die Nacharbeit von Niedertemperaturloten mit geeigneten Techniken und Materialien möglich ist. Während massiver Sn/Bi-Draht mit externem Flussmittel eine sorgfältige Auswahl des geeigneten Flussmittels erfordert, vereinfacht die Verwendung von SAC305-Fülldraht den Rework-Prozess. Die Studie unterstreicht auch, wie wichtig die Schulung des Bedienpersonals für die Nacharbeit bei niedrigen Temperaturen ist, da die Ergebnisse selbst bei einem hochqualifizierten Bediener recht unterschiedlich waren.
Bereiche für weitere Untersuchungen
Weitere Forschungsarbeiten sind geplant, um die Auswirkungen von Niedrigtemperaturlegierungen auf die Lebensdauer von Lötkolbenspitzen und -geräten zu bewerten. Außerdem soll untersucht werden, wie leicht sich dunkle Rückstände von Flussmitteln aus Niedertemperaturlegierungen entfernen lassen.
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