LMPA-Q hand soldering kit

Geeignet für

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  Löten mit niedrigem Schmelzpunkt (LMPA)

  Der Begriff 'niedriger Schmelzpunkt' bezieht sich auf den Schmelzpunkt oder den Schmelzbereich einer Lotlegierung, der niedriger ist als der von den konventionellen bleifreien Legierungen, bei denen es sich in der Regel um Sn(Ag)Cu-Legierungen handelt. Die überwiegende Mehrheit der Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt enthält Bi aufgrund der schmelzpunktsenkenden Eigenschaft von Bi. Der Hauptgrund für den Einsatz von Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt ist die Temperaturempfindlichkeit einiger elektronischer Bauteilen und Leiterplattenmaterialien. Diese Bauteile und Materialien können durch die für Sn(Ag)Cu-Legierungen verwendeten Löttemperaturen beschädigt oder vorgeschädigt werden. Dies kann zu einem frühzeitigen Ausfall des elektronischen Geräts im Gebrauch führen, was eine teure Reparatur und in einigen Fällen gefährliche Situationen zur Folge haben kann. Niedrigschmelzende Legierungen ermöglichen wesentlich niedrigere Löttemperaturen und verringern so das Risiko, dass temperaturempfindliche Bauteilen und Leiterplattenmaterialien (vor)beschädigt werden. Eine niedrigschmelzende Lötlegierung wie z.B. LMPA-Q erfordert viel niedrigere Betriebstemperaturen als die standardmäßigen bleifreien Lötlegierungen. Beim Reflowlöten ist eine Peak-Temperatur von 190°C-210°C erforderlich, beim Wellenlöten beträgt die Badtemperatur typischerweise 220°C-230°C und beim Selektivlöten liegt die Arbeitstemperatur typischerweise bei 240°C-250°C. Beim Reflowlöten führt die Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt auch zu einer geringeren Lunkerbildung (Voidbildung) bei BTCs (Bottom Terminated Components, Bauteile mit den Anschlüssen auf der Unterseite). Im Allgemeinen weisen Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt weniger als 10% Lunker(Voids) auf, während bleifreie SAC-Legierungen in der Regel 20-30% Lunker aufweisen. Beim Wellenlöten ermöglicht die niedrigschmelzende Legierung schnellere Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 70% und beim Selektivlöten, bei dem das Löten von Steckern mit bis zu 50mm/s erfolgen kann, kann die Gesamtprozesszeit um die Hälfte reduziert werden, wodurch die Maschinenkapazität um 100% erhöht wird. Außerdem hat die Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt keine Probleme mit Durchstieg in den Durchkontaktierungen bei thermisch schweren Bauteilen. Die Verwendung von Stickstoff beim Wellen- und Reflowlöten ist möglich, aber nicht erforderlich. Die thermischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften der LMPA-Q-Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt sind für die meisten elektronischen Anwendungen ausreichend. In Anbetracht all dieser Vorteile betrachten viele die Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt als die Zukunft der Elektronikfertigung.
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  Handlöten

  Handlöten ist eine Technologie in der Elektronikfertigung, bei der ein Handlötkolben verwendet wird, um eine Lötstelle zu bilden oder ein Bauteil von einer Leiterplatte zu entlöten. Das Verfahren wird vor allem bei Nacharbeit und Reparatur eingesetzt, aber auch zum Löten einzelner Bauteilen, die beim Massenlötverfahren (Reflow- oder Wellenlöten) ausgelassen wurden. Dies kann an der Verfügbarkeit oder der Temperaturempfindlichkeit dieser Bauteile liegen. Der Lötkolben ist normalerweise Teil einer Lötstation, die über eine Stromversorgung verfügt, die die Temperatur des Lötkolbens steuert. Diese Temperatur kann je nach verwendeter Lotlegierung eingestellt werden und liegt normalerweise zwischen 320°C und 390°C. Der Lötkolben hat eine austauschbare Lötspitze, die je nach dem zu lötenden Bauteil ausgewählt werden kann. Für eine optimale Wärmeübertragung ist eine möglichst große Lötspitze empfehlenswert, vor allem beim Löten von (thermisch schweren) Durchkontaktierten Bauteilen. Beim Löten von thermisch schweren Bauteilen und Platinen ist auch die Leistung der Lötstation wichtig, um die eingestellte Temperatur der Lötspitze zu halten. Bei Nacharbeit und Reparatur ist es unrealistisch, die optimale Lötspitze für jedes einzelne Bauteil zu wechseln, und es werden nur einige Lötspitzen verwendet. Es gibt Lötspitzen zum Löten von mehreren Lötstellen hintereinander von SMD-Bauteilen, wie z.B. für SOICs (Small Outline Integrated Circuit) und QFPs (Quad Flat Package). Um die Wärmeübertragung und das Fließen des Lots zu unterstützen, sind die Lötspitzen benetzbar, das heißt, sie gehen eine Wechselwirkung mit der Lotlegierung ein. Während des Lötens oxidieren diese Spitzen und können ihre Benetzbarkeit verlieren, wodurch die Wärmeübertragung behindert wird. Dies kann vermieden werden, indem Sie die Lötspitze z.B. mit einem Spitzenverzinner reinigen. Nach einiger Zeit nutzen sich die Lötspitzen trotzdem ab und müssen ersetzt werden. Die Lebensdauer der Lötspitze kann optimiert werden, indem Sie die Verwendung von abrasiven oder aggressiven Lötspitzenreinigern vermeiden oder die Lötspitze nicht mechanisch reinigen, z.B. mit Stahlwolle oder Schleifpapier. Die Verwendung eines absolut halogenfreien Lötspitzenverdünners ist ratsam. Beim Handlöten wird das Lot für die Lötstelle in der Regel durch einen Lötdraht bereitgestellt. Ein Lötdraht ist in verschiedenen Durchmessern und verschiedenen Legierungen erhältlich und enthält eine bestimmte Menge eines bestimmten Flussmittels. Die Legierung ist in der Regel die gleiche oder eine ähnliche Legierung wie für das Massenlötverfahren (Reflow-, Wellen- oder Selektivlöten). Der Durchmesser wird entsprechend der Größe der Lötstelle gewählt. Der Flussmittelgehalt im Lötdraht richtet sich in der Regel nach der thermischen Masse des zu lötenden Bauteils und der Platine. (Thermisch schwere) durchkontakierte Lötstellen benötigen mehr Flussmittel. Ein höherer Flussmittelgehalt führt auch zu mehr sichtbaren Flussmittelrückständen nach dem Löten. Manchmal wird ein zusätzliches Flussmittel benötigt, das in den meisten Fällen ein flüssiges Rework- und Reparaturflussmittel ist, aber auch ein Gel-Flussmittel sein kann. Die Art des Flussmittels/Lötdrahtes wird durch die Lötbarkeit der zu lötenden Oberflächen bestimmt. Bei normaler Lötbarkeit von elektronischen Bauteilen und Leiterplatten ist ein absolut halogenfreies 'L0'-Flussmittel/Lötdraht empfehlenswert. Im Allgemeinen wird ein Handlötvorgang wie folgt durchgeführt: Stellen Sie die Temperatur der Lötspitze entsprechend der verwendeten Lotlegierung ein. Für bleifreie Legierungen liegt die empfohlene Arbeitstemperatur zwischen 320°C und 390°C. Bei dichteren Metallen wie Nickel kann die Temperatur bis auf 420°C erhöht werden. Die Verwendung einer guten Lötstation ist wichtig. Verwenden Sie eine Lötstation mit einer kurzen Reaktionszeit und mit ausreichender Leistung für Ihre Anwendung. Wählen Sie die richtige Lötspitze: Um den Wärmewiderstand zu verringern, ist es wichtig, eine möglichst große Kontaktfläche mit den zu lötenden Oberflächen zu schaffen. Erwärmen Sie beide Oberflächen gleichzeitig. Berühren Sie mit dem Lötdraht leicht die Stelle, an der sich die Lötspitze und die zu lötenden Flächen treffen (die geringe Menge an Lot sorgt für eine drastische Senkung des Wärmewiderstands). Führen Sie anschließend ohne Unterbrechung die richtige Menge Lötzinn zu in der Nähe der Lötspitze, ohne die Spitze zu berühren. Dies verringert das Risiko von Flussmittelspritzern und vorzeitigem Flussmittelverbrauch!
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  Nacharbeit & Reparatur

  Nacharbeit und Reparatur an einer elektronischen Baugruppe kann bei defekten Baugruppen durchgeführt werden, die aus dem Feld zurückkommen, kann aber auch in einer elektronischen Produktionsumgebung notwendig sein, um Fehler in der Bestückung und Lötprozessen zu korrigieren. Typische Nacharbeit- und Reparaturverfahren umfassen das Entfernen von Lötbrücken, das Hinzufügen von Lot an schlecht durchgelöteten Durchkontaktierungen oder anderen Lötstellen, das Ersetzen fehlerhaft bestückter Bauteile, das Ersetzen von Bauteilen die in der falschen Richtung bestückt sind, das Ersetzen von Bauteilen die Defekte aufweisen die mit den hohen Löttemperaturen in den Prozessen zusammenhängen, das Hinzufügen von Bauteilen, die z.B. aufgrund von Verfügbarkeit oder Temperaturempfindlichkeit nicht in den Prozess einbezogen wurden,... Die Identifizierung dieser Fehler kann durch visuelle Inspektion, durch AOI (automatisierte optische Inspektion), durch ICT (In Circuit Testing, elektrische Prüfung) oder durch CAT (Computer Aided Testing, Funktionsprüfung) erfolgen. Viele Reparaturarbeiten können mit einer Handlötstation durchgeführt werden, die über einen (Ent-)Lötkolben mit Temperatureinstellung verfügt. Das Lötzinn wird mit einem Lötdraht aufgetragen, den es in verschiedenen Legierungen und Durchmessern gibt und der ein Flussmittel enthält. In manchen Fällen wird ein flüssiges Reparaturflussmittel und/oder ein Gel-Flussmittel verwendet, um das Handlöten zu erleichtern. Für größere Bauteile, wie BGAs (Ball Grid Array), LGAs (Land Grid Array), QFNs (Quad Flat No Leads), QFPs (Quad Flat Package), PLCCs (Plastic Leaded Chip Carrier),... kann ein Reparaturgerät verwendet werden das ein Reflowprofil simuliert. Diese Reparaturgeräte gibt es in verschiedenen Größen und mit unterschiedlichen Optionen. In den meisten Fällen verfügen sie über eine Vorheizung von der Unterseite, die in der Regel IR (Infrarot) ist. Diese Vorheizung kann über ein Thermoelement gesteuert werden, das auf der Leiterplatte angebracht ist. Einige Geräte verfügen über eine Bestückungseinheit, die die korrekte Positionierung des Bauteils auf der Leiterplatte erleichtert. Bei der Heizeinheit handelt es sich in der Regel um Heißluft oder IR oder eine Kombination aus beidem. Mit Hilfe von Thermoelementen auf der Leiterplatte wird die Heizung so gesteuert, dass das gewünschte Lötprofil entsteht. In manchen Fällen besteht die Herausforderung darin, das Bauteil auf Löttemperaturen zu bringen, ohne benachbarte Bauteile auf Löttemperatur zu bringen. Das kann schwierig sein, wenn das zu reparierende Bauteil groß ist und kleine Bauteile in der Nähe hat. Für BGAs mit Kugeln aus einer Lotlegierung kann ein Gel-Flussmittel oder ein flüssiges Flussmittel mit höherem Feststoffanteil verwendet werden. In diesem Fall wird das Lot für die Lötstelle von den Kugeln geliefert. Aber auch die Verwendung einer Lötpaste ist möglich. Die Lötpaste kann auf die Anschlüsse des Bauteils oder auf die Leiterplatte gedruckt werden. Dies erfordert für jedes Bauteil eine andere Schablone. Das BGA kann auch in eine spezielle Tauchlotpaste getaucht werden, die zunächst mit einer Schablone mit einer großen Öffnung und einer bestimmten Dicke in eine Schicht gedruckt wird. Bei QFNs, LGAs QFNs, QFPs, PLCCs,...muss Lot hinzugefügt werden, um eine Lötstelle zu erzeugen. In einigen Fällen können QFPs von Hand gelötet werden, aber die Technik erfordert Erfahrung. Deswegen wird die Verwendung eines Reparaturgeräts oft bevorzugt. QFPs und PLCCs haben Anschlussbeinchen und können mit einer Tauchlotpaste verwendet werden. QFNs, LGAs und QFNs, die keine Anschlussbeinchen, sondern flache Kontakte haben, können nicht mit einer Tauchlotpaste verwendet werden, da ihre Körper die Lotpaste berühren würden. In diesem Fall muss die Lötpaste auf die Kontakte oder auf die Leiterplatte gedruckt werden. Im Allgemeinen ist es einfacher, die Lötpaste auf das Bauteil zu drucken als auf die Leiterplatte, insbesondere wenn eine so genannte 3D-Schablone verwendet wird, die eine Aussparung hat, in dem die Position des Bauteils fixiert ist. Das Auswechseln von durchkontaktierten Bauteilen kann mit einer Handlötstation erfolgen. Dazu wird in der Regel eine hohle Entlötspitze auf die Unterseite des Bauteilanschlusses aufgesetzt, die das Lot aus dem Loch absaugen kann. Die Entlötspitze muss das gesamte Lot in der Durchkontaktierung erhitzen, bis es vollständig flüssig ist. Bei thermisch schweren Platinen kann dies sehr schwierig sein. In diesem Fall kann auch die Oberseite der Lötstelle mit einem Lötkolben erhitzt werden. Alternativ kann die Platine vor dem Entlöten über eine Vorheizung vorgewärmt werden. Das Löten der Durchkontaktierte Bauteile erfolgt in der Regel mit einem Lötdraht, der mehr Flussmittel enthält. Alternativ kann auch zusätzliches Reparaturflussmittel in die Durchkontaktierung und/oder auf den Bauteilanschluss gegeben werden. Bei größeren Steckern kann ein Tauchlötbad verwendet werden, um den Stecker zu entfernen. Wenn die Zugänglichkeit auf der Leiterplatte eingeschränkt ist, kann eine Düse verwendet werden, deren Größe an den Steckverbinder angepasst ist. Die Verwendung von Flussmittel bei diesem Vorgang wird empfohlen.

Die wichtigsten Vorteile

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  Absolut halogenfrei

  Absolut halogenfreie Lötchemie enthält weder absichtlich hinzugefügte Halogene noch Halogenide. Die IPC-Klassifizierung erlaubt bis zu 500 ppm Halogene für die niedrigste 'L0'-Klassifizierung. Flussmittel, Lotpasten und Lötdrähte aus dieser Klasse werden oft als 'halogenfrei' bezeichnet. Absolut halogenfreie Lötchemie geht noch einen Schritt weiter und enthält diese 'erlaubte' Menge an Halogenen nicht. Insbesondere in Kombination mit bleifreien Lotlegierungen und bei empfindlichen elektronischen Anwendungen gibt es Berichte dass diese geringen Mengen an Halogenen zu Zuverlässigkeitsproblemen wie z.B. zu hohen Leckströmen geführt haben. Halogene sind Elemente aus dem Periodensystem wie Cl, Br, F und I. Sie haben die physikalische Eigenschaft, dass sie gerne reagieren. Das ist aus Sicht der Lötchemie sehr interessant, denn sie soll Oxide von den zu lötenden Oberflächen entfernen. Und in der Tat erfüllen Halogene diese Aufgabe sehr gut. Selbst schwer zu reinigende Oberflächen wie Messing, Zn, Ni,... oder stark oxidierte Oberflächen oder degradiertes I-Sn und OSP (Organische Schutzschicht) können mit Hilfe von halogenhaltigen Flussmitteln gelötet werden. Halogene bieten ein großes Prozessfenster für die Lötbarkeit. Das Problem ist jedoch, dass die Rückstände und Reaktionsprodukte von halogenhaltigen Flussmitteln für elektronische Schaltungen problematisch sein können. Sie haben in der Regel eine hohe Hygroskopizität und eine hohe Wasserlöslichkeit und bergen ein erhöhtes Risiko für Elektromigration und hohe Leckströme. Dies bedeutet ein hohes Risiko für Fehlfunktionen der elektronischen Schaltungen. Speziell bei bleifreien Lötlegierungen häufen sich die Berichte, dass selbst kleinste Mengen an Halogenen für empfindliche elektronische Anwendungen problematisch sein können. Bei empfindlichen elektronischen Anwendungen handelt es sich in der Regel um hochohmige Schaltungen, Messschaltungen, Hochfrequenzschaltungen, Sensoren,... Deshalb geht die Tendenz dahin, in der Elektronikfertigung von Halogenen in der Lötchemie wegzukommen. Wenn die Lötbarkeit der zu lötenden Oberflächen von Bauteilen und Leiterplatte normal ist, besteht im Allgemeinen keine Notwendigkeit für diese Halogene. Intelligent konzipierte, absolut halogenfreie Lötprodukte bieten ein ausreichend großes Prozessfenster, um die Oberflächen zu reinigen und ein gutes Lötergebnis zu erzielen, und dies in Kombination mit hoch zuverlässigen Rückständen.
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  Schnelles Löten

  Löten ist ein thermischer Prozess, der Zeit braucht. Vor allem thermisch schwere Leiterplatten und Bauteile brauchen Zeit, um die notwendige Wärme für die Bildung der Lötstelle aufzunehmen, insbesondere beim Löten mit bleifreien Sn(Ag)Cu-Legierungen. Dies kann den Durchsatz in der Produktion einschränken. Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt wie LMPA-Q benötigen in der Regel weniger Zeit für den Lötprozess.
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  Absolut kolophoniumfrei

  Kolophonium, auch 'Rosin' genannt, ist eine aus Bäumen gewonnene Substanz, die üblicherweise in Lötflussmitteln verwendet wird. Es kann sowohl in flüssigen Flussmitteln als auch in Gel-Flussmitteln verwendet werden. Kolophoniumhaltige Flussmittel sind in der IPC-Klassifizierung an der Bezeichnung 'RO' zu erkennen. Kolophonium bietet im Allgemeinen ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur, hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, die von der Anwendung abhängen, für die das kolophoniumhaltige Flussmittel verwendet wird. Bei flüssigen Flussmitteln für das Wellen- und Selektivlöten besteht durch das Kolophonium ein erhöhtes Risiko, dass die Düse von Sprüh- und Jet-Fluxsystemen verstopft, was zu einem höheren Wartungsaufwand und einem höheren Risiko schlechter Lötergebnisse führt. Die Rückstände eines kolophoniumhaltigen Flussmittels in der Lötmaschine und auf den Werkzeugen und Trägern lassen sich nur schwer entfernen, so dass in der Regel ein lösungsmittelhaltiger Reiniger erforderlich ist. Wenn das kolophoniumhaltige Flussmittel versehentlich auf die Kontakte eines Steckverbinders oder auf Kontaktkammstrukturen wie bei einer Fernbedienung oder in elektromechanischen Kontaktoren/Relais/Schaltern gelangt, führt dies bekanntermaßen zu Kontaktproblemen und Fehlfunktionen der elektronischen Baugruppe im Feld. Darüber hinaus können die Rückstände des Flussmittels, die auf der Platine verbleiben, zu Kontaktproblemen bei elektrischen Tests ( ICT= In Circuit Testing) führen, was zu Verzögerungen in der Produktion aufgrund von falschen Messfehlern führen kann. Dies erfordert in der Regel eine Reinigung der Leiterplatte und/oder der Teststifte. Diese teuren Teststifte sind fragil und empfindlich und können durch die Reinigung beschädigt werden. Außerdem ist bekannt, dass die Rückstände eines Kolophonium-Flussmittels auf Dauer nicht mit Schutzlacken kompatibel sind. Die Kolophoniumrückstände bilden eine Trennschicht zwischen der Leiterplatte und dem Schutzlack, die mit der Zeit zu einer Ablösung des Schutzlackes und auch zu Rissen führen kann, insbesondere wenn die Elektronische Baugruppe vielen Temperaturzyklen (Aufwärmen und Abkühlen) ausgesetzt ist. Aus diesen Gründen werden für das Wellen- und Selektivlöten in der Regel Flussmittel ohne Kolophonium und mehr spezifisch Flussmittel der 'OR'-Klasse verwendet. Kolophonium kann auch in Lötdrähten verwendet werden. Obwohl das Kolophonium ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur bietet, ist es sehr empfindlich gegenüber Verfärbungen, wenn es erhitzt wird. Die Verfärbung hängt von der Art des Kolophoniums und der Temperatur ab, die es gesehen hat. Da die Lötspitzentemperaturen in der Regel recht hoch sind, führt das Kolophonium im Lötdraht zu einer ziemlich starken visuellen Rückstandsbildung um die Lötstellen. Dadurch unterscheiden sie sich von den anderen Lötstellen, vom Reflow-, Wellen- und Selektivlöten. Wenn dies nicht erwünscht ist, muss ein Reinigungsvorgang durchgeführt werden. Außerdem gelten die Dämpfe eines kolophoniumhaltigen Lötdrahtes als gefährlich. Eine Rauchgasabsaugung ist obligatorisch, aber sowieso immer ratsam für jeden Handlötvorgang. Kolophoniumhaltige Drähte werden immer noch häufig verwendet, aber kolophoniumfreie Lötdrähte und insbesondere Lötdrähte der 'RE'-Klassifizierung gewinnen zunehmend an Bedeutung. Kolophonium wird auch in Lotpasten verwendet. Es bietet nicht nur ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur, sondern sorgt auch für eine gute Stabilität der Lotpaste auf der Schablone. Dies ermöglicht einen stabilen Druckprozess und damit stabile Lötergebnisse und Fehlerquoten. Die Verfärbung des Kolophoniums beim Reflowlöten ist nicht so ausgeprägt wie bei einem Lötdraht, da die Temperaturen beim Reflowlöten niedriger sind als beim Handlöten. Dennoch haben die Kolophoniumrückstände schlechte Kompatibilität mit Schutzlack und können mit der Zeit nach thermischen Zyklen Risse oder Ablösungen des Schutzlackes zeigen. Obwohl die meisten Hersteller den Schutzlack über den Lotpastenrückständen auftragen, ist es für optimale Ergebnisse ratsam, die Lotpastenrückstände zu entfernen. Angesichts der oben beschriebenen Vorteile von Kolophonium enthalten die meisten Lotpasten Kolophonium.