Projekt 22708/01

Einsatz von Bleifreiloten für die Heißluftverzinnung

Projektträger

PENTAGAL Chemie und Maschinenbau GmbH
Carolinenglückstr. 35
44793 Bochum
Telefon: 0234/523237

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Heißluftverzinnung (HAL= Hot Air Leveling) mit bleihaltigen Loten ist nach wie vor das wichtigste Ver-fahren zur Oberflächenbehandlung elektronischer Leiterplatten.
Dass die Heißluftverzinnung die Führungsposition innehalten konnte, hat eine Reihe von Gründen:
Es handelt sich um ein preiswertes Verfahren. Die erreichbaren Oberflächeneigenschaften erfüllen die Anforderungen der meisten Anwendungen. Im Vergleich zu anderen Finishing-Verfahren weisen HAL-Oberflächen sogar die besten Löt- und Lagereigenschaften auf.
Aufgrund des bevorstehenden Bleiverbots in der Elektronikfertigung müssen die Anlagen und ihre peri-pheren Komponenten umgestellt werden auf die Verwendung von bleifreien Loten. Dies stellt eine Reihe von Entwicklungs-Herausforderungen an Werkstoffe, Hilfsstoffe und die Verfahrensführung, ohne deren Lösung der Stichtag der Umstellung auf Bleifreilote nicht einzuhalten sein wird. Das Projekt soll mit den technologischen Entwicklungen den Einsatz bleifreier Lote in HAL-Systemen ermöglichen, sodass die systembedingten Vorteile geringe Kosten, hohe Produktivität und gute Integration in bestehende Ferti-gungsprozesse bestehen bleiben sowie Wettbewerbsnachteile durch die Einführung der bleifreien Lote vermieden werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMaterialuntersuchungen und Materialauswahl
- Versuche, metallurgische Auswertung als Grundlage für die Prozessentwicklung (Materialien, Auslegung).
Prozessentwicklung
- Versuche für die Ermittlung einer geeigneten Parametrisierung des Verfahrens;
- Einbeziehung der Anlagenkomponenten und der Peripherie
Entwicklung Anlagenkomponenten
- auf Basis vorgenannter Arbeiten: Entwicklung sämtlicher Anlagenbestandteile einschließlich Pre-/Postcleaning, Cu-Abreicherungsstufe, MSR mit Temperaturstabilisierung.
Aufbau Erprobungsanlage
- Beschaffung, Fertigung, Inbetriebnahme.
Probebetrieb
- Verzinnung von unterschiedlichen Leiterplatten zur Verifizierung des Verfahrens.
Workshop
- Vorstellung/Anwendung des Verfahrens für Fachöffentlichkeit;
- Bearbeitung von praktischen Verzinnungsaufgaben.


Ergebnisse und Diskussion

Das Projektziel, das Heißluftverzinnungs-Verfahren prozesssicher mit den Bleifreiloten betreiben zu können, wurde erreicht. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, die technischen und wirtschaftlichen Vorteile der Heißluftverzinnung aufrechtzuerhalten und der Industrie ein Verfahren anbieten zu können, das die Verzinnung von Leiterplatten mit hoher Produktivität und Qualität unter betriebsgerechten Einsatz-Bedingungen erlaubt.
Die Projektarbeiten haben im Ergebnis zu einer werkstofflichen und verfahrenstechnischen Auslegung geführt, die es künftig erlaubt, das Bleifrei-Löten in einer Vielzahl von Branchen - darunter die Bereiche Automotive, Kommunikations- und Unterhaltungselektronik, MIL-Technik und Luft- und Raumfahrt - ein-zusetzen. Die Erwartungen der Nachfrager aus der Leiterplatten-Industrie sind erfüllt, indem übergangslos von der hergebrachten Bleilot- zur Bleifreilot-Verarbeitung gewechselt werden kann. Unter Verwendung der von der PENTAGAL GmbH erprobten und zur Verwendung empfohlenen Zinn-Kupfer-Silber-Nickel-Germanium-Legierungen sind die erzielten Lotverbindungen gleichwertig mit herkömmlichen Blei-lotverbindungen. Das Verfahren wird nunmehr zur Serienreife ertüchtigt, da die Versuchsanlage sich nicht für einen Praxiseinsatz eignet.
Die bisher erzeugten Musterleiterplatten sind auf reges Echo in der Industrie gestoßen. Mit dem Verfahren steht ein erprobtes Basisverfahren zur Verfügung, das beim Anwender die Herstellung reproduzierbarer Bleifreilötverbindungen erlaubt. Damit ist die Grundlage geschaffen für einen weit über das bisherige Maß hinausgehenden Einsatz umweltfreundlicher Lotwerkstoffe.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Während der Entwicklung wurden zahlreiche Kontakte zu KMUs, Anwendern und industriellen Fertigern sowohl im In- als auch im Ausland aufgenommen. Im Rahmen eines Workshops mit End-usern wurde die Technologie demonstriert und ist auf reges Interesse gestoßen.


Fazit

Mit dem Projekt konnte eine weitere wesentliche Grundlage zum verstärkten Einsatz von umweltfreundlichen Werkstoffen in industriellen Produktionsprozessen und Produkten geschaffen werden. Auf diese Weise kann die umweltentlastende Substitution von Blei durch umweltfreundliche Werkstoffe beschleunigt werden. Dies ist von besonderer Bedeutung insofern, als damit eine Vielzahl von Produkten, die früher auf bleihaltige Lote zwingend angewiesen waren, nunmehr auf den Einsatz von Blei völlig verzichten können. Mit dieser Technologie tritt - neben den Umweltentlastungen - eine Stärkung der Wettbewerbssituation gerade für KMUs ein.