Umstellung auf bleifreie Verfahren: Von der Vision zur Realität 

    Die EU-Richtlinie über die Abfallentsorgung von Elektro- und Elektronikaltgeräten (WEEE) fordert
    den stufenweisen Ausstieg aus der Verwendung bleihaltiger Materialien beim Löten elektro-
    nischer Baugruppen bis zum Juli 2006. Japan unternimmt alle Anstrengungen, die Umstellung
    sogar noch schneller zu Ende zu bringen. Bleifreie Materialien gewinnen damit weltweit an
    Bedeutung.

    Die Geschichte der No-Clean-Flussmittel reicht in die Mitte der 80er Jahre zurück. Damals kamen
    in den USA im Zuge der Bemühungen um eine Reduzierung des FCKW-Ausstoßes zum ersten
    Mal Flussmittel auf den Markt, deren Rückstände nicht von den gelöteten Leiterplatten entfernt
    werden mussten. Der Einsatz von flüssigen No-Clean-Flussmitteln oder von No-Clean-Lotpasten
    galt damals bei Leiterplattenherstellern noch als unvorstellbar. Um die Zuverlässigkeit der
    Produkte zu gewährleisten, mussten die Flussmittelrückstände in jedem Fall entfernt werden.

    Heute wird beim Löten von Baugruppen zu 85 % mit No-Clean-Flussmitteln gearbeitet. No-Clean-
    Flussmittel haben sich als zuverlässig erwiesen. Da der Reinigungsprozess und die dabei
    entstehenden Abwässer entfallen, sind diese Flussmittel auch umweltfreundlicher.

    Zweifellos bringt das bleifreie Löten aber auch eine ganze Reihe von Problemen mit sich. Die für
    Bestückungsanwendungen entwickelten bleifreien Legierungen sind neu, d. h., in Bezug auf die
    Grenzen beim Einsatz dieser Stoffe gibt es bisher erst wenige zuverlässige Daten. Die beiden
    wichtigsten Alternativen sind Zinn/Silber/Kupfer- und Zinn/Kupfer-Legierungen. Diese
    Legierungen haben höhere Schmelztemperaturen und weisen auf metallischen Oberflächen
    geringere Benetzungsgeschwindigkeiten auf, außerdem unterscheiden sich die Lötstellen im
    Aussehen von Zinn/Blei-Lötverbindungen: Sie glänzen weniger. Die Flussmittel, die sich aufgrund
    ihrer chemischen Zusammensetzung beim Löten mit Bleilegierungen bewährt haben, sind für das
    bleifreie Löten keineswegs in derselben Weise geeignet.

    Im Bezug auf das bleifreie Löten sind Fragen der Kompatibilität mit den verschiedenen
    Oberflächenbeschichtungen von Leiterplatten und Bauteilen neu zu klären. Unsicherheit herrscht
    auch in Bezug darauf, welchen Temperaturen Leiterplatten und Bauteile ohne Risiken für eine
    uneingeschränkte Funktionsfähigkeit standhalten.

    Die erforderlichen Prozessänderungen für eine angemessene Benetzung und die richtigen
    Flusseigenschaften der bleifreien Lötmittel sowie Kriterien für das Löten unter Stickstoff sind
    noch nicht festgelegt.

    Mit der verstärkten Herstellung bleifrei gelöteter Leiterplatten in Europa und Asien erweitert sich
    auch das Angebot kompatibler Oberflächenbeschichtungen für Leiterplatten und Komponenten.
    Mittlerweile gibt es auch Prozessmodifikationen, wie z. B. Löttiegelbeschichtungen für
    Wellenlötgeräte, die unerwünschtes Durchsickern verhindern. Reflow-Öfen können relativ
    einfach auf höhere Temperaturprofile umgestellt werden. Die meisten Öfen erfüllen die
    entsprechenden thermischen Anforderungen.

    Inzwischen gibt es auch No-Clean- und wasserlösliche Flussmittel, die bei bleifreien Materialien
    auch ohne Stickstoff eine verbesserte Benetzung ermöglichen.

    Diese neuen Systeme enthalten innovative Aktivierungspakete und temperaturbeständigere
    Kolophoniumharze und verbessern die Verbreitung von Zinn/Silber/Kupfer- und Zinn/Kupfer-
    Legierungen, während die Lunker- und Brückenbildung reduziert wird. So gut diese Rezepturen
    heute auch schon sind, wird doch weiterhin intensiv an ihrer Verbesserung gearbeitet.

    Due Umstellung auf bleifreies Löten ist heute keineswegs mehr unvorstellbar. Wenn wir sechs
    Jahre zurückblicken, wird deutlich, dass wir dieser Realität schon erheblich näher gekommen
    sind. Während anfänglich noch ca. 100 bleifreie Legierungsvarianten im Gespräch waren, werden
    heute nur noch ca. ein Dutzend verwendet, wobei sich vor allem beim Wellenlöten die
    Zinn/Silber/Kupfer- sowie Zinn/Kupfer-Legierungen zunehmend als internationaler Standard
    durchsetzen.

    Die Prozessparameter für die effektive und verlustfreie Einführung des bleifreien Lötens sind
    bereits definiert. Wiederholte Analysen von Prozessvariablen, angefangen bei den
    Beschichtungen der Bauteile und Leiterplatten über die Auswahl der Lötflussmittel bis hin zur
    Optimierung der einzelnen Variablen für den Einsatz von bleifreiem Lötmaterial im Prozess,
    bilden ein solides Fundament für bleifreies Löten. Durch die Aufstellung geeigneter Richtlinien für
    die Qualitätsprüfung bleifreier Lötstellen und durch die Schaffung eines geeigneten
    Überarbeitungsprozesses wird dieselbe Zuverlässigkeit gewährleistet, die wir von einem
    Zinn/Blei-Prozess gewohnt sind.

    Die vielen Unternehmen, die heute bereits bleifreie Lötprozesse einsetzen, haben ein Konzept für
    die Umsetzung der vorgegebenen Ziele entwickelt. Der Umstieg auf bleifreie Produkte dauert
    natürlich seine Zeit. Angesichts der vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Frist ist aber genau jetzt
    der richtige Zeitpunkt gekommen, um bleifreie Wellenlöt-, Reflow- und Nachbearbeitungsver-
    fahren zu erforschen und einzuführen.

    Bleifreies Löten ist längst keine Frage der technischen Umsetzbarkeit mehr. Vielmehr ist es
    höchste Zeit für uns, dem bereits bestehenden Trend zu folgen und Verantwortung zu
    übernehmen.

    Kester hat qualitativ hochwertige Lötstoffe entwickelt, die die Umstellung auf bleifreie
    Bestückungsvorgänge bereits ermöglichen. Die Palette der Kester-Produkte reicht von Lotpasten
    über flüssige Flussmittel und Massivdrahtlot bis zu Formteilen und Lotkugeln. Alle Produkte
    wurden gezielt für zuverlässige bleifreie Prozesse entwickelt.

    Die Entwicklung stabiler chemischer Verbindungen für bleifreie Prozesse fällt bei Kester in den
    Aufgabenbereich einer internationalen Abteilung für Forschung und Entwicklung. Dabei arbeitet
    Kester nach dem Grundsatz, dass Produktqualität, Fachwissen und technologisches Know-how
    bei der Umstellung auf bleifreie Prozesse Hand in Hand gehen. Die Wissenschaftler, die bei
    Kester an der Entwicklung der Anwendungen arbeiten, sind durch die betreffenden Stellen
    zertifiziert und durchaus in der Lage, zur Klärung technologischer Fragen im Rahmen der
    bleifreien Bestückung beizutragen.

    Die Kester-Universität wurde ins Leben gerufen, um ein Forum zur Verbreitung des
    umfangreichen Wissens zu schaffen, das Kester im Laufe der Arbeit sammeln konnte. Die
    Kester-Universität zeichnet sich durch ein erstklassiges Kursangebot zum Thema bleifreier
    Bestückungstechnologien aus. Durch das bereits vorhandene Wissen zu bleifreien Technologien
    können viele bestehende Hürden beim bleifreien Löten überwunden werden; Einbußen in Bezug
    auf die Zuverlässigkeit oder die Produktionserträge sind bei der Umstellung auf eine bleifreie
    Fertigung also nicht zu befürchten.

    Mit Kester werden bleifreie Baugruppen schon heute zur Realität.