In der Elektronik ist die Zuverlässigkeit von Lötverbindungen entscheidend, insbesondere in vibrationsstarken Umgebungen wie z.B. der Bahntechnik, im Bergbau oder bei Baufahrzeugen.
Gerade bei kritischen oder sicherheitsrelevanten Anwendungen wie in der Bahntechnik, wo elektronische Komponenten über einen sehr langen Zeitraum sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, gewährleisten stabile Lötverbindungen eine zuverlässige Funktion. Hier spielt der gezielte Einsatz von hochqualitativen, prozesssicheren Lotlegierungen und Flussmitteln in der Aufbau- und Verbindungstechnik eine zentrale Rolle, um Voids zu vermeiden. Diese beeinträchtigen die elektrische und mechanische Verbindung und können zu Ausfällen oder Leistungseinbußen führen. Als mögliche Ursachen für Voids werden organische Einschlüsse in der Oberflächenmetallisierung, Flussmittelbestandteile oder im Lot gelöste Oxide genannt. Die Entstehung ist eine Wechselwirkung zwischen Leiterplatte, Bauteilmetallisierung und Prozessführung. Die Ursachen für die Voidbildung können also vielseitig sein.
Ursachen für Voidbildung
Diese Voids können durch Vibrationen oder auch durch Temperaturunterschiede die Lötstellen destabilisieren, was schlussendlich zu einem Bruch der Verbindung zwischen Substrat und Bauteil führen kann. Um dies zu vermeiden, ist neben einem optimierten Lötprozess auch die Auswahl der richtigen Lotlegierungen und des richtigen Flussmittels notwendig. Grundsätzlich ist man sich darüber einig, dass SAC-Lote im Vergleich zu SnPb-Loten vermehrt zu Porenbildung neigen. Dies hat unterschiedliche Gründe: Erstens erschwert die höhere Oberflächenspannung der SAC-Legierungen das Ausgasen eingeschlossener Gase im Lot. Zweitens führen die höheren Prozesstemperaturen zur vermehrten Bildung von potenziellen Gasen aus dem Flussmittel, der Leiterplatte und den Bauteilen. Drittens sind die Benetzungseigenschaften der SAC-Lote aufgrund des geringen Abstands zwischen Prozesstemperatur und Schmelzpunkt schlechter.
Aber auch die Oberflächenspannung zwischen dem flüssigen Lot, dem Flussmittel und der Leiterplatte beeinflusst den Grad der Benetzung und somit auch die Entstehung von Voids. Je besser ein Flussmittel ist, umso höher ist der Grad der Benetzung, was zu einer geringeren Bildung von Poren führt. Daher kommt Flussmitteln eine besondere Funktion zu, denn diese sorgen dafür, dass beispielsweise Oxide auf den Lotpads entfernt werden und eine saubere, oxidfreie Oberfläche entsteht. Dadurch wird eine perfekte Benetzung des Lötzinns ohne Einschlüsse und Verschmutzungen ermöglicht sowie eine langlebige Verbindung sichergestellt. Die Flussmittel von Emil Otto, die speziell für anspruchsvolle Anforderungen entwickelt wurden, haben sich über Jahrzehnte bei der Herstellung elektronischer Baugruppen für anspruchsvollste Anwendungsbereiche bewährt. Ihre Zusammensetzung wurde über die Jahre immer weiter optimiert, so dass sie nicht nur stabile Lötverbindungen schaffen, sondern auch die Langzeitstabilität der Baugruppen gewährleisten.
Einflussfaktoren auf die Voiddichte in Lötverbindungen
Des Weiteren gibt es zusätzliche Parameter, die ebenfalls auf die Voiddichte in Lötverbindungen Einfluss haben. Unter anderem hängt der Porenanteil als auch die Porengröße von folgenden Faktoren ab:
- Oberfläche und Bohrung der Leiterplatte (Oxidschicht fördert Voidbildung)
- Legierung und Layout der Leiterplatte
- Lagerung der Leiterplatten und Bauteile
- Bauteilmetallisierung und Oxidanhaftung am Bauteil (Oxidschicht fördert Voidbildung)
- Vorheiztemperatur und Dauer sowie Verweildauer des THT-Bauteils im Lot
- Stickstoffatmosphäre beim Selektivlöten (ggf. anpassen)
Schlussendlich kann durch die Kombination aus einem hochqualitativen Lot und Flussmittel und den daraus resultierenden oxidfreien Lotpads sowie voidfreien Lötstellen die Entstehung von langlebigen Lotverbindungen positiv beeinflusst werden. Dies ist ein entscheidender Faktor für den sicheren Transport von Waren und Gütern auf der Schiene, der fristgerechten Umsetzung von Bauvorhaben oder dem sicheren Abbau von Bodenschätzen. Unternehmen und Personen, die auf diese Technologien setzen, profitieren von den zuverlässig funktionierenden Produkten von Emil Otto.