Viele Vorteile beim Selektivlöten basieren auf der benetzbaren Oberfläche der Lötdüsen in Kombination mit der frei programmierbaren Zeit-Weg-Steuerung der Lötwelle, über die sich der Lotabriss positiv beeinflussen lässt, um z. B. Lotbrückenbildung effektiv zu vermeiden. Die Benetzbarkeit der Oberfläche basiert auf der chemischen Reaktion des flüssigen Zinns mit dem Metall der Oberfläche unter der Bildung einer intermetallischen Phase an der Grenzfläche. Ein Nachteil dieser Technologie ist der Verschleiß des Düsenmaterials durch Ablegierung, verursacht durch die Phasenbildung. Es ist deshalb naheliegend

Fachbeitrag | November 2020

Viele Vorteile beim Selektivlöten basieren auf der benetzbaren Oberfläche der Lötdüsen in Kombination mit der frei programmierbaren Zeit-Weg-Steuerung der Lötwelle, über die sich der Lotabriss positiv beeinflussen lässt, um z. B. Lotbrückenbildung effektiv zu vermeiden.
Die Benetzbarkeit der Oberfläche basiert auf der chemischen Reaktion des flüssigen Zinns mit dem Metall der Oberfläche unter der Bildung einer intermetallischen Phase an der Grenzfläche. Ein Nachteil dieser Technologie ist der Verschleiß des Düsenmaterials durch Ablegierung, verursacht durch die Phasenbildung. Es ist deshalb naheliegend Metalle zu wählen, die im Zinn sehr langsam in Lösung gehen. Eine Möglichkeit ist die Beschichtung des Düsengrundkörpers mit dem, aus der Leiterplattenindustrie bekannten, Oberflächensystem Nickel-Gold. Dieser Ansatz wurde von Ersa im Jahr 2005 umgesetzt und in Feldversuchen bei unterschiedlichen Kunden ausgiebig getestet. Die Erfahrungen mit diesen Düsen waren durchweg positiv, insbesondere die Standzeiten, dennoch hat sich diese Oberfläche nicht auf breiter Basis in der Industrie etabliert.

Die Gründe, warum diese Oberfläche 2005 nicht in Serie gegangen ist, sind durchaus nachvollziehbar.

  1. Das Gold als Oxidationsschutz des Nickels geht bei Erstkontakt mit dem Lot sofort in Lösung, die Benetzbarkeit für den Betrieb gewährleistet die Nickelschicht. Die relativ große Ni-Oberfläche ist dabei nicht zu unterschätzen, da auch das Nickel in Lösung geht. Weisen die Baugruppen darüber hinaus eine NiAu-Oberfläche auf, kommt es zu einer massiven Anreicherung dieser Elemente im Lottiegel. In Kombination mit Ni-dotierten Loten sind die zulässigen Limits dieser Elemente schnell überschritten.
  2. Die Anreicherung von Nickel in einem bereits mit Nickel dotierten Lot führt sehr schnell zur Sättigung der Löslichkeit von Nickel in dieser Legierung. In Folge dessen bilden sich in der Schmelze, besonders bei Unterkühlung (Abriss), intermetallische Partikel der Zusammensetzung (CuNi)6Sn5. Sie bilden sich als lange Nadeln aus, deren Länge bis zu 10 mm beträgt. Erkennbar z. B. sehr schön im Inneren einer Lötdüse, wenn diese langsam abkühlt (siehe Foto rechts). Auf der Baugruppe sind so durchaus Kurzschlüsse möglich, wenn sich einzelne Nadeln oder Bruchstücke während des Lötens lösen und mit dem Lot an die Lötstellen gelangen.
  3. Weitere Bedenken von Kunden gegen die Goldoberfläche basieren auf dem J-STD-001, und hier speziell der Punkt „Entgoldung“ von Bauteilen vor dem Löten, der durchaus nicht zu vernachlässigen ist. Die Schichtdicke des Goldes auf der Düse ist zwar geringer, dafür ist ihre Oberfläche größer.

Die Entscheidung, ob man das Personal in den Fertigungen mit diesen Problematiken konfrontiert, obliegt in erster Linie dem Anwender. Düsen mit Goldoberfläche sind von Ersa auf Wunsch verfügbar.

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JÜRGEN FRIEDRICH
Verfahrens- und Prozesstechnik

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