Müssen Leiterplatten bleifrei sein?

    Schätzungen zufolge sind ca. 60-70 % der Leiterplatten mit Zinn/Blei-Lot beschichtet. In der Regel
    erfolgt die Beschichtung durch Heißverzinnung (HASL). Die Beschichtung wird auf die
    Kupferoberfläche der Leiterplatte aufgetragen, um eine gute Lötbarkeit zu gewährleisten und die
    Leiterbahnen aus Kupfer vor Umwelteinflüssen und Korrosion zu schützen. Durch die RoHS-
    Richtlinie 2002/95/EC zur Beschränkung von Schadstoffen wird der Einsatz von Zinn/Blei-
    Legierungen in diesem Bereich untersagt.

    Welche bleifreien Beschichtungen stehen als Alternativen zu Zinn/Blei-Beschichtungen zur Verfügung?

    Die Palette der Alternativen, die bisher für Zinn/Blei-Beschichtungen angeboten werden, ist zwar
    breit, allerdings weisen diese Ersatzlösungen auch z. T. andere Merkmale auf. Bei der Umstellung
    auf bleifreie Produkte geht es leider nicht einfach nur darum, eine andere Beschichtung
    auszuwählen. Alternative Beschichtungsverfahren sind:

• Heißverzinnung (HASL) mit bleifreien Lotlegierungen wie Zinn/Silber/Kupfer-, Zinn/Silber- oder Zinn/Kupfer-Legierungen
• Organische Passivierung (OSP) der Kupferoberfläche
• Sudzinn oder -bismutbeschichtungen mit einer Stärke von 1-2 Mikrometern oder Silberbeschichtungen mit einer Stärke von 0,1 Mikrometern
• Chemisch Palladium direkt auf Kupfer oder auf Nickel-beschichtetes Kupfer
• Chemisch Nickel/Sudgold-Beschichtung (ENIG)

Welche Probleme sind bei bleifreien Leiterplatten u. U. zu erwarten?

    Im Vergleich zu anderen Fragen stellt das Auftragen einer Beschichtung auf die Kupferoberfläche
    kein großes Problem dar, und auch die Frage, wie die Sauberkeit und Aktivität der
    Kupferoberfläche während der Lagerung und der Bestückung gewährleistet werden kann, ist
    letztendlich lösbar. Anders sieht es mit der Auswahl der Beschichtung aus.

    1. Heiß verzinnte (HASL) Oberflächen weisen dieselben Schwachstellen auf wie mit Zinn/Blei-Lot
    beschichtete Oberflächen: die Pads sind nicht einheitlich und verursachen Probleme bei der
    Bestückung der Leiterplatte. Außerdem unterscheidet sich die bleifreie Variante in ihrem
    Aussehen von Zinn/Blei. Die Oberfläche ist glanzlos und granulös.

    2. Organische Passivierungen (OSP) sind nicht sonderlich hitzebeständig. Bei OSP-Beschichtungen
    ist bereits fraglich, ob ein einziger Lötdurchgang unproblematisch verläuft, so dass das Risiko bei
    einem zweiten Reflow-Durchgang noch steigt.

    3. Direkt auf Kupfer aufgetragene Sudzinnbeschichtungen mit einer Stärke von weniger als
    1 Mikrometer sind unter Umständen durch die Bildung von Kupfer-Zinn-Verbindungen schlechter
    lötbar. An den Rändern der Zinnbeschichtung können nadelförmige Zinn-Monokristalle (Whiskers)
    entstehen. Wenn die Zinnschicht auf eine Nickelbeschichtung aufgetragen wird, verbessert sich die
    Lötbarkeit, und auch die Gefahr der Monokristallbildungen nimmt ab.

    4. Das Palladium wird auf die Nickelschicht aufgetragen, mit der das Kupfer zuerst überzogen
    wurde. Da diese Variante sehr kostspielig ist, wird sie in der Regel selten bei Leiterplatten
    eingesetzt. Bei Bauteilen kommt sie jedoch zur Anwendung.

    5. Chemisch Nickel unter Sudgold (ENIG) ist gut lötbar aber teuer. Das Gold (mit einer Stärke von
    ca. 0,1 Mikrometern) löst sich sofort im geschmolzenen Lot auf und kann problemlos auf die
    Nickelschicht aufgetragen werden. Wie zuverlässig die Lötverbindung ist, hängt vom
    Phosphorgehalt des Nickels ab.