Warum das Niedrigtemperatur-Lot verwendet wurde

Warum das Niedrigtemperatur-Lot verwendet wurde
In der Vergangenheit wurde als Reaktion auf die EU-Richtlinie 2002/95/EG zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS) das Lot im PCBA-Prozess von Zinn-Blei (SnPb) auf Zinn-Silber-Kupfer-Legierungen (SAC) umgestellt, was jedoch die Schweißtemperatur des Lots relativ erhöht. Als Reaktion auf den allgemeinen Trend zur Energieeinsparung und Kohlenstoffreduzierung scheinen immer mehr Unternehmen zu versuchen, den SAC-Hochtemperaturprozess auf einen Niedrigtemperaturprozess umzustellen.
Inhaltsübersicht
    Fügen Sie eine Kopfzeile hinzu, um mit der Erstellung des Inhaltsverzeichnisses zu beginnen

    Welche Art von Niedertemperaturlot ist am beliebtesten?

    Welche Art von Niedertemperaturlot ist am beliebtesten?

    Nachdem der Lötprozess auf die SAC-Legierung umgestellt wurde, stieg die Spitzen-Reflow-Temperatur der SMT-Fertigungslinie von ursprünglich 220 °C auf etwa 250 °C, und der Anstieg der Löttemperatur bedeutet auch, dass ein Teil der Material- und Produktionskosten reduziert wird. Die Notwendigkeit, mehr hochtemperaturbeständige Materialien zu verwenden, die größte Veränderung ist, dass die technischen Kunststoffen, aber auch hohe Temperatur verschlechtert auch die Qualität der Produktion, zum Beispiel, Materialien sind eher bei hohen Temperaturen zu verformen und verursachen schlechte Schweiß.

    Derzeit sind die bekanntesten Niedertemperaturlot ist eine Legierung aus Zinn-Wismut (SnBi) und Zinn-Wismut-Silber (SnBiAg) auf der Basis von Zinn (Sn) mit Zusatz von Wismut (Bi).

    Vorteile des Niedertemperatur-Lötverfahrens

    Energieeinsparung und Kohlenstoffreduzierung

    Beim Niedertemperatur-Lötprozess wird eine Lötlegierung mit niedrigerem Schmelzpunkt verwendet, was zu einer Reduzierung der Temperatur, der Zeit und des Energieverbrauchs führt.

    Verringerung des Bedarfs an Hochtemperaturwerkstoffen

    Die Verwendung von Materialien mit geringerer Temperaturbeständigkeit oberhalb der Raumtemperatur bedeutet in der Regel geringere Materialkosten beim Niedertemperatur-Lötprozess

    Senkung der Prozessschwelle und Verbesserung der Produktionsausbeute

    Durch den Wechsel der Lötlegierung von SAC zu SnBi wird die Höchsttemperatur im Reflow-Ofen von 250˚C auf etwa 175˚C gesenkt, und dementsprechend wird auch die Verformungsrate der Leiterplatte bei hohen Temperaturen um etwa 50% reduziert, was eine der Hauptursachen für das HIP/HoP-Löten großer bleifreier Teile wie BGA und LGA sowie für den Bruch von MLCC ist.

     

    bleifreie Teile wie BGA und LGA

    Nachteile des Niedertemperatur-Lötverfahrens

    Die langfristige Zuverlässigkeit von Lötstellen ist schlecht

    Der größte Nachteil von Niedertemperaturlot ist, dass die Lötstellen relativ spröde und anfällig für spannungsbedingte Zinnrisse sind. Im Vergleich zu Lötmitteln aus SnPb- und SAC-Legierungen ist die Lötfestigkeit von SnBi-Legierungen sehr schwach gegenüber Temperaturschocks und Stürzen.

    Beim Reflow-Prozess können Heißrissfehler auftreten.

    Beim Hybridlötverfahren mit SAC-Lötkugeln, bleifreier SnBi-Lötpaste und Zinn-Blei kommt es auf der Oberfläche von Leiterplattenpads häufig zu Heißriss, insbesondere bei BGA mit vorgelöteten Bauteil-Lötstellen. Dies liegt daran, dass die SAC-Lötkugel während des Lötvorgangs einen hohen Schmelzpunkt hat und nicht leicht zu schmelzen ist. 

    Selbst nach dem Schmelzen wird sie während des Abkühlungsprozesses früher erstarren, während die SnBi-Lotpaste während des Reflow-Prozesses definitiv schmelzen und abkühlen wird. Sie härtet auch langsamer aus als SAC. Stellen Sie sich vor, dass die BGA-Lötkugeln während des Abkühlungsprozesses im Reflow-Ofen erstarrt oder gar nicht geschmolzen sind, so dass nur ein kleiner Teil des SnBi-Lots in einem schlammigen Zustand verbleibt. 

    Zu diesem Zeitpunkt erholen sich auch die Leiterplatte und die BGA-Trägerplatte allmählich von der Verformung durch die hohe Temperatur. Sobald die Lücke zwischen der BGA-Trägerplatte und der Leiterplatte ist klein Verformung bei hoher Temperatur und die Lücke wird größer, nachdem die Rückkehr zur Temperatur (Verformung Erholung), wird es die Aufschlämmung SnBi-Lot, die noch nicht vollständig ausgehärtet hat, ziehen, so dass eine zerrissene heiß - reißen Risse.

    Welches Temperaturprofil sollte verwendet werden, wenn BGA-Lötkugeln aus einer SAC-Legierung mit Niedertemperatur-Lötpaste gemischt werden?

    In der Tat ist es hilfreich, Niedertemperatur-Lotpaste, Niedertemperatur-Lötkugeln und Niedertemperatur-Profile gleichzeitig zu verwenden, um alle Vorteile der Niedertemperatur-Lotpaste zu nutzen und die beste Lötwirkung und Qualität zu erzielen. Da es jedoch auf dem Markt keine BGAs mit Niedrigtemperatur-Lötkugeln gibt, ist PCB-Herstellung muss auf Niedertemperatur-Lötpaste und BGA-Lötkugeln aus einer SAC-Legierung zurückgreifen.

    Wenn Sie die beste Qualität von SAC gemischt mit Niedrigtemperatur-Lotpaste erreichen wollen, müssen Sie einen Weg finden, um die Auswirkungen von Heißverschleiß zu reduzieren, und das beste Reflow-Profil ist es, dem Temperaturprofil von SAC zu folgen, weil das Hochtemperaturprofil geschmolzen werden kann, während gleichzeitig SAC und SnBi-Legierung die Diffusion von SAC in den SnBi-Legierungsbereich ermöglichen.

    SAC-Legierung

    Dadurch ändert sich das Legierungsverhältnis der SnBi-Formel, was die Erstarrungstemperatur des SnBi-Bereichs leicht erhöhen kann, und es wird empfohlen, die Abkühlungsrate nach der Spitzentemperatur zu beschleunigen, insbesondere die Rate zwischen 217°C (SAC305) und 138°C (Sn42Bi58), um den SnBi-Lötbereich unmittelbar nach der Erstarrung des SAC-Lötbereichs in kürzester Zeit erstarren zu lassen. Auf diese Weise gehen jedoch alle Vorteile der LTS-Legierung verloren, und die Lötfestigkeit ist nicht so gut wie die der SAC-Legierung, so dass es besser ist, direkt SAC-Lotpaste zu verwenden.

    In den meisten Fällen wird Niedrigtemperatur-Lotpaste verwendet, weil die Teile dem Hochtemperaturprofil von SAC nicht standhalten. In diesem Fall kann nur das Niedertemperaturprofil der Niedertemperatur-Lötpaste verwendet werden. Experten empfehlen, die Spitzentemperatur des Reflows so weit wie möglich zu reduzieren, ohne die Lötqualität zu beeinträchtigen. Der Zweck ist, die Hitze der Leiterplatte zu reduzieren und Reflow-Träger Platine während des Reflow-Prozesses.

    Gleichzeitig ist es notwendig, die Abkühlung nach der Spitzentemperatur des Reflows zu beschleunigen. Ziel ist es, das Niedertemperatur-Lot zu verfestigen, bevor die Verformung der Leiterplatte wieder einsetzt. Wird die Abkühlungsgeschwindigkeit jedoch übermäßig beschleunigt, besteht die Gefahr, dass sich die Rissbildung des BGA-Lots verschlimmert. Es wird nicht empfohlen, die Reflow-Spitzentemperatur zu erhöhen, denn je höher die Temperatur, desto größer die Verformung der Leiterplatte und des BGA-Trägers.

    Wie kann man die mechanische Festigkeit von Tieftemperaturpasten verbessern?

    Epoxidharzkleber

    Gegenwärtig ist die praktikablere Lösung zur Verstärkung der Lötstellen bei niedrigen Temperaturen die Verwendung von Underfill. Diese Lösung gab es bereits, als CSP und Flip-Chip aufkamen, und wurde später auf BGA angewendet. Man verwendet einen Epoxidharzkleber, der auf die Kante von BGAs oder ähnlichen Bauteilen aufgetragen wird, und nutzt das Prinzip der Kapillarwirkung, damit der Kleber in die Unterseite des Bauteils eindringen und diese füllen kann. Einige verwenden Kleber mit einer relativ hohen Viskosität, um selektiv auf die vier Ecken des BGA (coner bond) oder die vier Kanten des BGA (edge bond) zu zeigen, um die Fixierung zu verstärken.

    Hier kommt der Unterfilm ins Spiel. Nachdem die Leiterplatte mit Lötpaste bedruckt wurde, wurde sie mit einem SMT-Bestückungsautomaten auf die BGA-Position der Leiterplatte platziert (Vermeidung von Lötstellen), und dann wurde das BGA darauf platziert. Die hohe Temperatur des Reflow-Ofens wird genutzt, um die Folie zu schmelzen, um die Lücke zu füllen, und dann nach dem Abkühlen zu verfestigen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Underfill erst nach der Bestückung der Leiterplatte und dem Funktionstest funktioniert, während der Underfilm während des SMT-Prozesses hinzugefügt wird. Wenn die Ausbeute des Produkts nicht hoch ist, ist die Nacharbeit sehr mühsam.

    Darüber hinaus gibt es mit der zunehmenden Verwendung von Niedertemperaturlot auch sogenannte Epoxidpaste und Epoxidflussmittel, die je nach Bedarf hergestellt werden. Bei der Epoxidpaste wird der Lötpaste Epoxid zugesetzt, die Lötpaste direkt gedruckt und nach dem Reflow erhitzt. Da sie jedoch der Lötpaste zugesetzt wird, kann die Dosierung nicht zu hoch sein, und die Lötfestigkeit von BGA-Bauteilen kann begrenzt sein. Aber wenn es sich nur um Chipkomponenten oder LED-Lichtplatinen handelt, sollte es dennoch eine gewisse Wirkung haben.

    LED-Leuchttafeln 

    Beim Epoxid-Flussmittel wird vor der Montage Lötpaste aufgedruckt und aufgetragen, was dem Unterfilm ein wenig ähnelt. Die Auswirkungen der beiden oben genannten Verfahren zur Zugabe von Epoxidharz müssen noch weiter überprüft werden, und beide Verfahren wurden vor dem Test abgeschlossen. Die Zugabe von Underfill kann in der Tat die Widerstandsfähigkeit des BGAs gegenüber Spannungen erhöhen, aber sie kann die Rissbildung im Lot aufgrund von Spannungen nur verzögern, aber nicht vollständig heilen. Das heißt, dass die problematischen Lötstellen nach einer gewissen Zeit der Nutzung immer noch Probleme verursachen werden. 

    Um die Glocke zu lösen, muss daher eine Möglichkeit gefunden werden, die Spannungsquelle, die die Lötstellen beeinträchtigt, zu minimieren.

    Welche Produkte eignen sich für das Niedertemperatur-Lötverfahren?

    Wir haben gelernt, dass die Lötstellen von Produkten, die mit dem Niedertemperatur-Lötverfahren hergestellt werden, relativ spröde und wenig belastbar sind, solange die Einsatzbedingungen elektronischer Produkte nicht durch starke thermische (hohe und niedrige Temperaturzyklen) oder mechanische Belastungen (Stürze) beeinträchtigt werden. Wenn keine langfristige Designgarantie erforderlich ist, sollte das Niedertemperaturpastenverfahren in Betracht gezogen werden. Das spart schließlich Energie und Kosten. Hier finden Sie einige Branchenrichtlinien für die Verwendung von Niedertemperaturlot:

    Die Produktlebensdauer sollte vorzugsweise 5 Jahre oder weniger betragen. Es wird empfohlen, eine MTBF-Bewertung (Mean Time Between Failures) durchzuführen.

    Es ist besser, wenn die Hauptteile über einen zusätzlichen Schutzmechanismus für Lötstellen verfügen, wie z. B. Dispensen oder Verstemmen.

    Lötstellen

    Es ist besser, wenn die IO-Teile über zusätzliche Mechanismen zum Schutz vor Einschubspannungen verfügen, wie z. B. Schutz vor Überschreiten der Einschubrichtung, Schutz vor Erschütterungen und andere Mechanismen.

    Die Betriebsbedingungen für das Produkt sind am besten unter 40˚C, und die maximale Betriebstemperatur sollte 85˚C nicht überschreiten.

    Es wird im Allgemeinen in Innenräumen ohne starke Temperaturschwankungen verwendet. Nicht empfohlen für den Einsatz in Fahrzeugen oder im Freien.

    Gegenwärtig wird Niedrigtemperatur-Lot vor allem für LED-Leuchten verwendet, und auch Mini-LEDs werden in geringem Umfang eingesetzt, und einige PC-Industrien sind ebenfalls in der Evaluierungsphase.

    Schlussfolgerung

    Unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung und der Kohlenstoffreduzierung ist das Niedertemperatur-Lötpastenverfahren in der Tat energiesparender, und es kann auch die Anforderungen für Teile aus Hochtemperatur-Kunststoffmaterialien reduzieren und Kosten sparen. Allerdings hat die derzeitige Niedertemperatur-Lötpaste einen fatalen Mangel, nämlich die geringe Zuverlässigkeit. 

    Lötverbindungen sind relativ spröde und haben möglicherweise keine großen Auswirkungen auf einige kleine Teile, aber für einige Teile, die belastet werden müssen, wie z. B. E/A-Teile oder Produkte, bei denen sich die Leiterplatte verbiegen kann, nachdem sie externen Kräften ausgesetzt wurden, oder häufig Produkte, die Vibrationen oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind, sind für den Niedertemperatur-Lötprozess nicht geeignet. 

    Es kann nur gesagt werden, dass, obwohl Niedrigtemperatur-Lotpaste die Anforderungen der Energieeinsparung und der Kohlenstoffreduzierung erfüllen kann, noch ein langer Weg zu gehen ist, und vielleicht wird Niedrigtemperatur-Lot am Ende nicht in der Lage sein, es vollständig zu ersetzen. Es ist wahrscheinlicher, dass Niedertemperaturlot parallel zu SAC eingesetzt wird.

    FAQ

    Das derzeit bekannteste Niedrigtemperaturlot ist eine Legierung aus Zinn-Wismut (SnBi) und Zinn-Wismut-Silber (SnBiAg) auf der Basis von Zinn (Sn) mit Bismut (Bi).
    Energieeinsparung und Kohlenstoffreduzierung Verringerung des Bedarfs an Hochtemperaturmaterialien Senkung der Prozessschwelle und Verbesserung der Produktionsausbeute
    Die langfristige Zuverlässigkeit von Lötstellen ist schlecht. Beim Reflow-Prozess kommt es häufig zu Heißreißfehlern.

    Verwandte Beiträge

    PCB Impedance Board - Alles was Sie wissen müssen

    PCB Impedance Board - Alles was Sie wissen müssen

    Impedanzleiterplatten sind das Rückgrat elektronischer Hochleistungssysteme, bei denen die Signalintegrität an erster Stelle steht. Diese spezialisierten Leiterplatten werden sorgfältig entworfen und gefertigt ...
    Wie man einen Widerstand auf einer Leiterplatte installiert

    Wie installiert man einen Widerstand auf einer Leiterplatte?

    Der Einsatz von Widerständen auf einer Leiterplatte (PCB) ist ein wichtiger Aspekt der Schaltungsentwicklung. Der Widerstand ist eine Komponente zur Begrenzung der ...
    Auspacken der SMT-Leiterplattenbestückung - Oberflächenmontagetechnik

    Auspacken der SMT-Leiterplattenbestückung - Oberflächenmontagetechnik

    Dieser Artikel entmystifiziert, was SMT-Leiterplattenbestückungsprozesse, Maschinen, Kostenstrukturen, Vorteile gegenüber Vorgängern und Auswahlstrategien für Fertigungspartner ausmacht.
    Konventionelle PCB-Herstellung vs. Rapid Prototyping PCB - ein detaillierter Vergleich

    Konventionelle PCB-Herstellung vs. Rapid Prototyping PCB - ein detaillierter Vergleich

    In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der Elektronik ist die Herstellung von Leiterplatten (PCBs) ein entscheidender Aspekt der Produktentwicklung. Ob es sich um Verbraucher ...
    IBE Electronics trifft Sie auf der CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics trifft Sie auf der CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Als einer der globalen ODM/OEM-Hersteller mit einer Massenproduktionsbasis lädt IBE Sie ein, unseren Stand 2012&2014 und Stand 2929 im Januar zu besuchen ...
    Angebot anfordern

    Kommentar verfassen

    Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

    de_DEGerman
    Nach oben blättern