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Silberlöten von Kupfersubstraten: Das Phänomen „Zinnmangel“ und Verbesserungsvorschläge

2023-07-28Reporter: SprintPCB

Die Versilberung spielt in der Elektronikfertigung eine wichtige Rolle. Der häufige Defekt „unzureichendes Zinn“ bei der Oberflächenmontage stellt Fertigungsunternehmen jedoch vor zahlreiche Herausforderungen. Dieses Problem äußert sich vor allem darin, dass große Lötflächen nicht ausreichend mit Lot versehen sind, während kleine Lötflächen den Qualitätsstandards entsprechen. Dieser Artikel untersucht die Ursachen für den Defekt „unzureichendes Zinn“ und unterbreitet umfassende Verbesserungsvorschläge für einen stabileren und effizienteren Oberflächenmontageprozess. So wird die Entwicklung der Elektronikindustrie durch die Bereitstellung hochwertigerer Produkte gefördert.

Den Defekt „Zinnmangel“ verstehen

Die Versilberung spielt in der Elektronikfertigung, insbesondere in der Oberflächenmontagetechnik, eine entscheidende Rolle, da sie als Bindeglied zwischen elektronischen Bauteilen und Leiterplatten dient. Der häufige Fehler „zu wenig Zinn“ beim Lötprozess der Versilberung stellt jedoch seit jeher eine Herausforderung für Elektronikhersteller dar. Dieses Problem äußert sich typischerweise darin, dass große Lötpads nicht ausreichend Lot enthalten, während kleine Lötpads den Qualitätsstandards entsprechen. Solche Qualitätsmängel können zu schwachen Lötstellen führen, die wiederum zum Ausfall elektronischer Komponenten führen und sogar die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit des Produkts beeinträchtigen. Bevor wir uns mit dem Defekt „Zinnwhisker“ befassen, müssen wir zunächst einige wichtige Grundbedingungen verstehen. Erstens wirkt sich die Dicke des Stahlblechs im Stahlgitter direkt auf den Oberflächenmontageprozess aus. Dünnere Stahlbleche können zu einem ungleichmäßigen Druck der Lötpaste führen und so die Lotverteilung auf den Pads beeinträchtigen. Zweitens ist eine hochwertige Verzinnung entscheidend für ein erfolgreiches Löten, wobei Lothöhe, -volumen und -fläche im akzeptablen Bereich liegen müssen. Um die Qualität sicherzustellen, wird empfohlen, zum Testen SPI-Geräte (Solder Paste Inspection) zu verwenden und Premium-Lötpastenmarken wie Alpha oder Kester mit einem Silbergehalt von 3,0 % zu verwenden.

Grund 1: Unzureichende Schweißtemperatur

Einer der Hauptgründe für den Defekt „unzureichendes Zinn“ ist die schnelle Wärmeaufnahme des großen Lötpads, was zu einer unzureichenden Schweißtemperatur führt. Die Instabilität und Ungleichmäßigkeit der Schweißtemperatur kann dazu führen, dass die Lötpaste unvollständig schmilzt und somit das Lötpad und die Pins nicht ausreichend benetzt werden. Dies führt zum Phänomen „unzureichendes Zinn“. Um das Problem der unzureichenden Schweißtemperatur zu beheben, müssen wir die folgenden Maßnahmen ergreifen.

Schweißtemperatur entsprechend erhöhen:

Durch Anpassen der Temperaturkurve während des Schweißvorgangs wird empfohlen, diese gegenüber der bestehenden Ofentemperatur moderat um etwa 5 °C zu erhöhen, um ein vollständiges Schmelzen des Lots zu gewährleisten. Dabei ist jedoch Vorsicht geboten, da zu hohe Temperaturen zu weiteren Problemen wie Lotüberlauf oder Bauteilschäden führen können. Daher ist eine sorgfältige Temperaturprüfung und -optimierung erforderlich.

Einstellen der Ofentemperatur und -zeit:

Es wird empfohlen, die Ofentemperatur im Bereich von 240–245 °C zu regeln und die Lötzeit entsprechend anzupassen. Sie liegt üblicherweise zwischen 60 und 90 Sekunden. Zusätzlich kann die Reflow-Zeit leicht verkürzt werden, um die Möglichkeit einer Lötbrückenbildung zu verringern und so den Lötfluss von den großen Lötpads zu den Pins zu minimieren. Durch diese Verbesserungsmaßnahmen können wir die Stabilität und Gleichmäßigkeit der Schweißtemperatur effektiv verbessern und so das Auftreten des „Zinnmangel“-Phänomens reduzieren.

Grund zwei: Oxidation und Verunreinigung von Silber

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Silber ist ein reaktives Metall und neigt während des Lötprozesses zur Oxidation und Verunreinigung. Dies ist ein weiterer wichtiger Faktor, der zum Zinnmangel beiträgt. Die Oxidation auf der Oberfläche von Silberlötpads kann die Haftung zwischen Lötpaste und Pads beeinträchtigen, die Lötqualität mindern und in der Folge zu unzureichenden Lötmengen führen. Um Oxidation und Verunreinigung von Silber zu vermeiden, sollten wir die folgenden Punkte beachten.

Kontrollieren Sie die Platzierungszeit:

Sobald die Verpackung der versilberten Platine geöffnet ist, sollte diese so schnell wie möglich, idealerweise innerhalb von 12 Stunden, spätestens jedoch nach 16 Stunden, in die SMT-Produktion eingebracht werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Oberfläche der Silberpads in gutem Zustand bleibt und die Wahrscheinlichkeit einer Oxidation verringert wird.

Vermeiden Sie es, die Oberfläche der Platine mit bloßen Händen zu berühren:

Um Verunreinigungen und Oxidation zu vermeiden, sollten Bediener die Oberfläche der versilberten Platine nicht direkt mit bloßen Händen berühren.

Sorgen Sie für eine konstante Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Umgebung:

Während des SMT-Prozesses (Surface Mount Technology) sollte die versilberte Platine in einer Umgebung mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit platziert werden, um ihre Oberflächenstabilität zu erhalten. Konstante Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen tragen dazu bei, Oxidation und Kontamination der Silberlötpads zu reduzieren und so die Qualität der SMT zu gewährleisten. Durch die oben genannten Maßnahmen können wir die Oxidation und Kontamination der Silberlötpads minimieren und so das Risiko von Zinnmangel-Defekten verringern.

Um das Problem des „Zinnmangels“ bei versilberten Platinen umfassend zu lösen, sollten wir die folgenden integrierten Strategien anwenden.

Führen Sie regelmäßige Wartungsarbeiten durch:

Stellen Sie sicher, dass die Produktionsausrüstung und Werkzeuge in gutem Zustand sind, und führen Sie regelmäßige Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten an der Ofentemperaturregelung durch, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen.

Prozessparameter optimieren:

Optimieren Sie durch kontinuierliche Datenanalyse und Produktionspraktiken Prozessparameter wie Löttemperatur, Zeit und Durchflussrate, um die beste Kombination zu finden.

Zugbetreiber:

Verbessern Sie die Schulung der Bediener, schärfen Sie ihr Bewusstsein für „unzureichende Zinn“-Defekte und ihre Handhabungsmethoden, um durch Bedienungsfehler verursachte Probleme zu reduzieren.

Automatisierungstechnik implementieren:

Erwägen Sie die Einführung modernerer Automatisierungsgeräte, um die Stabilität und Konsistenz des SMT-Prozesses (Surface Mount Technology) zu verbessern und den Einfluss menschlicher Faktoren auf die Produktionsqualität zu verringern.

Stärkung der Zusammenarbeit in der Lieferkette:

Enge Zusammenarbeit mit Lötpastenlieferanten gewährleistet Lieferstabilität und Qualitätskontrolle. Der Zinnmangel-Defekt im Versilberungsprozess ist ein häufiges, aber vermeidbares Problem. Durch die Anpassung von Löttemperatur und -zeit, den Schutz der Silberpads vor Oxidation und Verunreinigung sowie die Umsetzung umfassender Verbesserungsstrategien können wir dieses Problem effektiv lösen und die Qualität und Stabilität der Oberflächenmontagetechnologie verbessern. Die kontinuierliche Erforschung fortschrittlicher Technologien und Managementpraktiken wird die Elektronikfertigungsindustrie zudem auf ein höheres Niveau heben und zu ihrer nachhaltigen Entwicklung beitragen. Durch unsere gemeinsamen Anstrengungen zur Minimierung des Zinnmangel-Defekts können wir die Zuverlässigkeit und Leistung elektronischer Produkte verbessern und so der stetig wachsenden Nachfrage nach hochwertigen Produkten gerecht werden. Die Lösung des Zinnmangel-Defekts bringt Elektronikherstellern zudem erhebliche wirtschaftliche und kommerzielle Vorteile. Erstens reduziert sie die Produktion fehlerhafter Produkte, verringert das Risiko von Rückrufen und Kundenbeschwerden und schützt so den Ruf und das Markenimage des Unternehmens. Zweitens steigert sie die Produktionseffizienz und Produktqualität, reduziert Verluste und Nacharbeit im Herstellungsprozess, senkt letztlich die Produktionskosten und steigert die Rentabilität des Unternehmens. In der hart umkämpften Elektronikbranche ist die kontinuierliche Verbesserung der Oberflächenmontagetechnik entscheidend. Angesichts des technologischen Fortschritts und der Marktveränderungen müssen wir neue Materialien, Geräte und die neuesten Entwicklungen in der Oberflächenmontagetechnik genau beobachten. Nur durch kontinuierliches Lernen und Anpassung können wir unseren Wettbewerbsvorteil in der Branche sichern und den Fortschritt in der Elektronikfertigung vorantreiben.

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