Balver Zinn - Weichloeten.de
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Balver Zinn Josef Jost GmbH & Co.KG Selective Soldering Issues Hamburger Lötzirkel 12/05/09 Han Raetsen Sales Manager Certified IPC-A-610 Trainer (CIT) 1 Balver Zinn Josef Jost GmbH & Co.KG Selective Soldering Issues Hamburger Lötzirkel 12/05/09 Han Raetsen Sales Manager Certified IPC-A-610 Trainer (CIT) 2 Die Balver Zinn Gruppe in Kürze!! Jost Zink Gießerei Kapazität: 2700to./Monat (Kokillenguss) 3350to/Monat (Draht, Strangguss) Legierungen: Zn, ZnAl; ZnTi, ZnMn, etc. Märkte: Automotive, Schiffsbau, Korrosionsschutz, Targets, etc. Balver Zinn Josef Jost (Recycling) Kapazität: 950to./Monat (Kokillen.-Strangguss) Legierungen: Sn; SnPb; SAC; SN100C; etc. Märkte: Automotive; Medizin; Consumer;etc. BaTiLoy Kapazität: 450to./Monat (Draht; Anoden) Legierungen: Sn; SnPb; SAC; SN100C; etc. Märkte: Automotive; Medizin; Consumer etc. Cobar Kapazität: 10.000l / Tag (Flussmittel) 900kg / Tag (Paste) Legierungen: SnPb; SAC; SN100C; etc. Märkte Automotive; Medizin; Consumer; etc. 3 BalverZinn News • Produktfamilie SN100C™ (SnCu0,7Ni0,05Ge0,005) SN100CS EU985486/JP3152945/US6180055 • • • i - SAC105 • i Produktfamilie -SAC • • • • i-SAC105 i-SAC205 i-SAC305 i-SAC387 Iowa US6231691B1 (SnAg1,0Cu0,5Co0,0045Ge0,0045) (SnAg2,0Cu0,5Co0,0045Ge0,0045) (SnAg3,0Cu0,5Co0,0045Ge0,0045) (SnAg3,8Cu0,7Co0,0045Ge0,0045) Profiler Kic on Board • • • • 4 SN100CS / SN100CeS (SnCu0,7NiGe0,01) SN100CLS / SN100CLe+S (SnCu0,7NiGe0,01) 7 – 12 Eingänge Klein, Kompakt Leistungsfähig Einfache Bedienung März 2009 Selective Soldering Issues 5 Warum Selektivlöten? Ablösen des Wellenlötens Durchkontaktierungen auf beiden Seiten des PCB Große SMD`s auf beiden Seiten Nur einige Durchkontaktierungen zwischen den SMD`s Aluminium oder Metallgehäuse der Boards 6 Herausforderungen Selektivlöten • • • • • • • • 7 Geringste Flussmittelmengen, größtmögliches Prozessfenster Flussmittelherausforderung (hohe Temperatur) Lokal Flussmittelauftrag (Ruckstande) Geringste Brückenbildung Geringste Lötperlenbildung Füllung der Durchkontaktierung (IPC) Miniaturisierung Prozessstabilität Düsenauswahl 8 Nichtbenetzbare Düse Nichtbenetzbare Düse mit SDC (Solder Drainage Conditioner) Benetzbare Düse 9 Düsenauswahl Benetzbar Nicht Benetzbar 10 • Durchmesser (Verhältnis Größe zu Temp.) • Material (Fließeigenschaften) • Düsenform (Abstand) • Höhe (Bauteilunterseite) Oxidfilm Bleifrei Selektivlöten - Stickstoff notwendig. 11 Prozess-stabilität Prozessfenster: Keine Flussmittelspritzer, Keine Elektromigration (VOC free fluxes) Keine Lotberührung bei SMD`s Kein aufschmelzen der Paste Düsenauswahl (Durchmesser, Material) Lotbadtemperatur 12 Designrichtlinie (Literatur) • Wenig Daten verfügbar. • ERSA: max. Beinchenlänge 3mm Abstand zu Durchmesser + 20% Quelle: Ersa 13 Flussmittel-generationen Pro’s Con’s Alcohol Moderate preheat, surface reliability, known technology Flash point High tendency for creaping away (white residues) VOC-free Environmental friendly Proces changes, risk of corrosion issues under humid conditions Low-VOC Best of both worlds These fluxes do not creap away Need proper pre-heat for water evaporation Ultra-low-VOC Soldering power for lead-free, cleanliness, ease of use compared with voc-free Need good and long pre-heat. In selective soldering only usable in machines with extended pre-heat 14 Selektiv Flussmittel Selective sold. Process Sn100C alloy capability N2 around wave Wave temp. > 300 C. Consumer electronics Med-Rel electronics Hi-Rel electronics 5 5 4 5 5 5 3 5 5 5 3 3 5 5 5+ 3 5 2 5 5 4 OSP compatible Ni/Au compatible Ag + Sn compatible Moderate preheat Reduces solder balling Reduces bridging No white residues No spreading of residues ICCT compatible Conformal coating IPC-ANSI-J-STD-004 ISO 9454-1 Solid Content % 5 5 5 5 5 5 5 4 3 3 ROL1 1.1.2.A 4.94 4 5 5 5 4 4 3 2 5 5 REL0 1.2.3.A 2.2 5+ 5 5 5 4 5 5 4 5 4 REL0 1.2.3.A 2.27 15 94 -Q M P -M 95 -R XZ V 32 3IT 39 0RX -H T 32 7 Ap pl ic at io n 21-January-2008 Low-VOC 4 5+ 5 5 5 5 4 4 4 3 5 5 4 5+ 5 5 5 3 5 5+ 5 5+ 5 3 REL0 1.2.3.A 1.80 5 4 5 5 5+ 5 5+ 5+ 5 5 REL0 1.2.3.A 2.48 39 6BS 5=Perfect for this purpose 4=Generally good 3=Might work , to be tested well 2=Not advised for this purpose 1=Wrong choice Selective soldering flux selection chart ULV 4 5 5 3 4 5 4 5 5 5 3 4 5 5 5+ 5 4 REL1 1.2.2.A 1.50 ULV = Ultra-Low-VOC Near-azeotropic mix of 60% water, 40% alcohol Flussmittel neben die Düse 16 Wass sind Dendriten A dendrite in metallurgy is a characteristic tree-like structure of crystals When a voltage is applied between an anode and cathode, a metal dendrite grows from the cathode through the ion conductor towards the anode 17 Dendriten 18 Gibt es 100% sicher(e) Flussmittelrückstände? • Sicher--- jedes Flussmittel gibt Ruckstande • Sichere--- jedes Flussmittel kann Dendriten produzieren • Dendriten können auch ohne Flussmittel wachsen • Es kommt auf den Feuchtigkeitslevel, Temperatur, Pitch, Spannung, PCB Kontamination und Flussmittelformulierung • Special high-end Flussmittel konnen risikos reduzieren • Genaue Flussmittel Auftrag (innerhalb Lot Duse Bereich) • Complete Aufheizung Flussmittel 19 Bridging Reduce length of leads Design rules (anti-bridging) Length > 3x pad diameter Solder thief Increase peel off distance Solder resist defined pads Stretched pad 20 Design defined pads Smaller pads Solderballs (4) Parameters effecting solderballs M achine se ttings 11% Storage conditions (hum idity) 11% Solde r 6% Flux 17% Atm os phe re (Nitroge n) 4% Resource: Solde r res ist 51% 21 The solderball problem. Research and results H. Bell – Rehm / R. Zajitschek – Siemens VDO Solderballs • Hohere temperaturen machen Lotstoplack weicher • Wass ist erlaubt (IPC-A-610 D) Kugel mussen festliegen in Ruckstande Process indicator (interne Richtlinien) Minimaler Elektrischer Distanz 22 Durchsteig Verhalten • • • • Design Loch : Draht diameter Ratio Lot Legierung Lot Temperatur (~ 300 oC !) Flussmittel Auftragung Filling >75% 23 Through hole penetration (2) Design rules (promote top side wicking) Bigger holes for lead-free THT, up to 0.4 mm gap (=2x the standard Pb gap) Length > 3x pad diameter 24 Lotbadmangement, Grenzwerte u. Auswirkungen auf die Löteigenschaften 25 Lotbadqualität (homogene Legierung) Ziel Konstante Lötqualität gewährleisten Nachvollziehbare Lötprozesse Zuverlässige Lötverbindungen Hinweis Verunreinigungen / Bestandteile sollten nicht außerhalb der Grenzwerte sein Kleinere Bäder reichern sich schneller an Hohe Prozesstemperaturen beeinflussen negativ 26 Aufgaben der Grundelemente Alle Legierungen haben Zinn (Sn) als Matrix 27 Zinn (Sn): Schmelztemperatur 232 °C Kupfer (Cu): Auswirkung auf die Schmelztemperatur, beeinflusst die Kupferablösung Silber (Ag): Reduziert die Schmelztemperatur 217°C, fördert die Benetzung, erhöht die Kriechfestigkeit Mikrodotierungen um bestimmte Eigenschaften hervorzuheben!! Legierungen SAC 305 Legierung: Schmelzbereich: Dichte: 28 SnAg3,0Cu 0,5 217 – 219 ºC 7,5 g/cm³ + Schmelzbereich 217 – 219 + Bekannt (IPC) + Langjährige Erfahrung - Hoher Preis - Hohe Kupferablösung - Edelstahlkorrosion - Krätzebildung - Duktilität - Oberfläche / Lunker Legierungen LowSAC Legierung: Schmelzpunkt: Dichte: 29 SnCu0,7Ag0,3 217 – 228 ºC 7,37 g/cm³ + Günstiger Preis - Schmelzbereich 217 - 228 °C - Krätzebildung - Fließverhalten - Kupferablösung - Edelstahlkorrosion - Oberfläche Legierungen SN100C ™ Legierung: Schmelzpunkt: Dichte: 30 SnCu0,7NiGe 227 ºC 7,4 g/cm³ + Günstiger Preis + Krätzebildung + Glänzende Lötstelle + Duktilität + Zuverlässigkeit - Schmelzpunkt 227 °C Legierungen SnCu0,7 Legierung: Schmelzpunkt: Dichte: 31 SnCu0,7 227 ºC 7,4 g/cm³ + Günstiger Preis - Schmelzpunkt 227 °C - Krätzebildung - Oberfläche / Lunker Kritische Werte im Lotbad 32 Leaching (Einflussfaktoren) Lotbadtemperatur Zinngehalt Kupfergehalt Silbergehalt Strömungsgeschwindigkeit des Lotes Endoberfläche der Leiterplatten 33 Kupferleaching Auszug aus Ablöseversuch (Cu-Stange D=6 mm) SAC 305 Sn63Pb37 SN100C3 Ablöseraten verschiedener Lote bei 360 °C und Miniw elle Angaben in Gramm / Minute 34 Kupferleaching (Abhängigkeit zur LP-Oberfläche) Geringste Ablösung Höchste Ablösung 35 Darstellung / Lötung SAC387 SAC305 THT SMT Dynamic wave conditions : T=265 °C t=4 s 36 SN100C Zusammenfassung Design Leiterplatte wichtig um Probleme zu meiden Flussmittel Aftragung sehr wichtig: Platz & Menge Hohere Temperaturen gibt mehrere Issues Special Selektiv Flussmittel kann helfen Verschiedene Legierungen (leaching) 37 Danke fur Ihre Aufmerksamkeit 38
