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
Niedertemperaturlote (LT) mit hohem Wismutgehalt sind bei den Herstellern von Unterhaltungselektronik auf großes Interesse gestoßen. Diese Lote bieten Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen silberhaltigen und silberarmen Legierungen. Bei der Einführung von Niedertemperaturlegierungen werden jedoch häufig die Nacharbeit und die Lötprozesse nach der Montage übersehen.
Dieses Papier befasst sich mit den Problemen bei der Nacharbeit im Zusammenhang mit Niedertemperaturloten und bietet eine Anleitung zu Materialien und Techniken für eine erfolgreiche Nacharbeit.
Die Herausforderung des Niedertemperaturlötens
Niedertemperaturlote, insbesondere solche, die Wismut enthalten, weisen einzigartige Eigenschaften auf, die ihre Anwendung schwierig machen. Wismuthaltige Legierungen bieten zwar niedrigere Schmelztemperaturen, aber ihre Sprödigkeit erschwert die Herstellung von Fülldrähten mit Flussmittel. Dennoch sind Fülldrähte oft das Lot der Wahl für Nacharbeiten.
Diese Einschränkung führt zu zwei Ansätzen zur Überwindung dieser Herausforderung. Beim ersten wird ein wismutreiches Massivdrahtlot mit einem externen Flussmittel verwendet. Der zweite Ansatz besteht in der Verwendung von herkömmlichem Zinn/Silber/Kupfer (SAC)-Fülldrahtlot zum Nacharbeiten von Niedertemperatur-Lötstellen.
Experimentelle Methodik: Untersuchung der Nacharbeitseigenschaften von Niedertemperaturloten
Um die Rework-Leistung von Niedertemperaturloten zu untersuchen, wurden drei Rework-Bedingungen untersucht.
- Bei Bedingung 1 wurden Sn42/Bi57/Ag1-Paste und SAC305-Fülldraht verwendet.
- Bei Bedingung 2 wurde Sn42/Bi57/Ag1-Paste mit massivem Sn42/Bi57/Ag1-Draht und externem Flussmittel verwendet.
- Bei Zustand 3 wurden SAC305-Paste und SAC305-Fülldraht für die Nacharbeit verwendet.
Zur Bewertung der Lötstellenqualität wurden Querschnittsanalysen und Scherfestigkeitsprüfungen durchgeführt.
Ergebnisse und Beobachtungen: Bewertung der Qualität und Duktilität von Lötverbindungen
Die Studie ergab, dass beide Methoden gültig sind. Niedrigtemperatur-Lötlegierungen, die in SMT- und PTH-Prozessen verwendet werden, können erfolgreich mit Niedertemperatur-Massivdraht und flüssigem Flussmittel nachgearbeitet werden. Sie können auch mit SAC305-Drahtlot mit Flussmittelkern erfolgreich nachbearbeitet werden.
Die Lötstellen erfüllten die IPC-Kriterien für Lötstellen der Klassen 1, 2 und 3, was auf ihre Zuverlässigkeit hindeutet. Schertestergebnisse zeigten, dass SAC-Lötstellen duktiler waren als die Gegenstücke mit Wismutlager.
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 eine sorgfältige Auswahl des geeigneten Flussmittels erfordert, vereinfacht die Verwendung von SAC305-Fülldraht das Rework-Verfahren.
Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung der Schulung des Bedienpersonals für die Nacharbeit bei niedrigen Temperaturen. Denn selbst bei einem hochqualifizierten Bediener können die Ergebnisse variieren.
Bereiche für weitere Untersuchungen
Weitere Forschungsarbeiten sind geplant, um die Auswirkungen von Niedrigtemperaturlegierungen auf die Lebensdauer von Lötkolbenspitzen und -geräten zu bewerten. Darüber hinaus sind Untersuchungen über die einfache Reinigung dunkler Flussmittelrückstände von Flussmitteln aus Niedertemperaturlegierungen geplant.