Gut dotiertes Rennen um die Zukunft


Titelthema a:lot 10 - Frühling 2014

Die Umstellung auf bleifreie Lote in der Elektronikfertigung vor acht Jahren war ein tiefer Einschnitt. Er schien zunächst der letzte für lange Zeit gewesen zu sein. Doch der Schein trog, denn inzwischen geht es um einen anderen Inhaltsstoff: das Silber. Dieses Mal aber nicht aus Arbeits- und Umweltschutzgründen, sondern alleine wegen der Kosten. Mittlerweile gibt es erstaunlich viele neue Legierungen, von denen einige bessere Ergebnisse versprechen als die bisherigen Produkte.

Es gab Zeiten, da war das Silber im Lot so selbstverständlich wie das Amen in der Kirche. Das lag an den positiven Effekten, die das Edelmetall auf den Lötprozess hat. Beispielsweise erhöht Silber die Benetzungsgeschwindigkeit, verbessert das eutektische Verhalten und reduziert den Schmelzpunkt von 217° C. Dadurch wurden anfänglich ähnliche Eigenschaften erreicht, die bleihaltige Legierungen hatten. Aber auch eine Eigenschaft, die Silber als Schmuck so beliebt macht, gefiel den Elektronikern: Es macht die Lötstellen glänzender. Das sieht nicht einfach nur schöner aus, es erleichtert vor allem ihre Kontrolle. Da bereits ein Silberanteil von drei Prozent ausreicht, um diese Effekte zu erreichen, und der Preis für Silber relativ stabil war, spielten die Kosten lange Zeit keine Rolle.
Doch das hat sich dramatisch gewandelt. Zum einen steht die Elektronikfertigung unter einem ständigen Kostendruck. Es gilt, immer hochwertigere Produkte zu einem immer niedrigeren Preis zu produzieren, wenn man wettbewerbsfähig bleiben will. Gleichzeitig ist der Silberpreis aber drastisch angestiegen, weil das Edelmetall vermehrt zur Flucht aus Aktien und Bargeld genutzt wird. Silber ist damit vom Rohstoff zum Spekulationsobjekt geworden, was seinen Preis schwer bis gar nicht kalkulierbar macht. Für eine kontinuierliche Fertigung und die damit verbundene Preiskalkulation sind das denkbar ungünstige Voraussetzungen.

Lotpaste & Co. im Fokus der Kaufleute

Zugegeben, wer im Monat nur geringe Mengen an Lotpaste benötigt, muss nicht unbedingt auf Silber verzichten. Doch größere Unternehmen, in denen viel gelötet wird, verbrauchen weltweit bis zu 100 Tonnen Lotpaste im Jahr. Bei 20 bis 30 Euro Kosten, die alleine das Silber pro Kilogramm Lotpaste ausmacht, wird das Einsparpotenzial sofort deutlich, wenn es gelingt, den Anteil des Edelmetalls zu minimieren. Dementsprechend kommt der Umstellungs- und Innovationsdruck auch nicht vorrangig aus den Produktions- und Entwicklungsabteilungen der Unternehmen. Vielmehr sind es oftmals die kaufmännischen Entscheidungsträger in Einkauf und Controlling, die wissen wollen, ob die Lotpaste tatsächlich mit dem teuren Silber ausgestattet sein muss.
Der Wille zu sparen steht allerdings im deutlichen Widerspruch zu den steigenden Anforderungen an die Endprodukte. Hier setzt längst nicht mehr nur die Autoindustrie die Maßstäbe mit ihren Anforderungen vor allem an die thermische Belastbarkeit von Baugruppen. Auch die Hersteller von Smartphones, Tablet-PCs und ähnlichen Geräten legen die Messlatte inzwischen hoch, allerdings vor allem in Bezug auf die Schockbelastbarkeit. Um diese steigenden Qualitätsansprüche erfüllen zu können, sind immer hochwertiger gefertigte Baugruppen gefragt. Die große Herausforderung bei den Legierungen lautet deshalb, hochwertigere Produkte für RoHS-konforme Lötungen zu entwickeln, die gleichzeitig kostengünstiger sind – also ganz ohne oder mit möglichst wenig Silber auskommen.

Japanische Hersteller sind oft die Vorreiter

Doch was sich so einfach anhört, erfordert großes Know-how und viel Hightech. Um eine Lotpaste für die Elektronikfertigung herzustellen, bedarf es weit mehr, als ein paar Metalle zusammenzumischen. Eben deshalb sind die meisten Anwender auf die Innovationskraft der Hersteller angewiesen. Allerdings gibt es davon nur wenige, die international agieren und die marktgerechte Produkte bei einer ausreichenden Verfügbarkeit anbieten können. Die Anzahl an Legierungen für die unterschiedlichsten Anwendungen ist zwar schier unüberschaubar, bei den meisten handelt es sich jedoch um Spezialprodukte, die bei gewöhnlichen Lötprozessen in der Elektronikfertigung kaum eine Rolle spielen. Aus diesem Grund hat sich eine Legierung unbestritten den Spitzenplatz unter den bleifreien Produkten erobert: die SAC305, bestehend aus drei Prozent Silber, 0,5 Prozent Kupfer und dem Rest Zinn. Diese Legierung setzte den Maßstab für die Zuverlässigkeit von bleifreien Legierungen im Vergleich zu SAC387 mit ursprünglich 3,8 Prozent Silber.
Innovationstreiber bei Legierungen sind vor allem die Hersteller aus Japan, namentlich KOKI, Nihon Almit und Senju. Das erste komplett bleifrei gelötete Produkt war beispielsweise ein Walkman von Sony. Auch bei den Legierungen mit vermindertem Silberanteil sind die genannten Firmen wieder mit innovativen Lösungen auf dem Markt. Nicht zuletzt die hohen Transportkosten aus Fernost sorgen andererseits jedoch dafür, dass die Produkte derzeit vergleichsweise teuer sind. Dass sie dennoch eine große Bedeutung im europäischen Markt haben, liegt daran, dass die wirtschaftlichen Interessen noch nicht gänzlich die Oberhand bei der Beschaffung gewonnen haben. Zusätzliche Entscheidungskriterien bei der Auswahl einer Lotpaste sind Verfügbarkeit, technische Unterstützung und gute Erreichbarkeit kompetenter Ansprechpartner.

Reflowlöten als Herausforderung für silberreduzierte Lote

Beim Hand- und Schwalllöten ist der Schritt zu silberreduzierten Loten schon längst gelungen. Lötdrähte ohne oder mit nur wenig Silber sind hier gang und gäbe. Das liegt vor allem daran, dass bei diesen Prozessen die Löttemperatur nicht oder nur teilweise auf das Bauteil und schon gar nicht auf die ganze Baugruppe übertragen wird. Durch die punktuelle Bearbeitung spielen die unterschiedlichen Schmelzpunkte von Lötdraht mit und ohne Silber praktisch keine Rolle. Beim Dampfphasen- und Reflowlöten hingegen sieht die Sache anders aus. Nicht zuletzt wegen der immer empfindlicheren Bauteile, zum Beispiel LED-Komponenten und Kondensatoren, kämpfen Entwicklungsingenieure um jedes Grad, um das die Baugruppen nicht erhitzt werden müssen. Der Schmelzpunkt einer silberreduzierten Lotpaste liegt aber mit 227° C um circa zehn Grad über einer Lotpaste mit einem dreiprozentigen Silberanteil.
Beinahe alle Legierungen mit vermindertem Silberanteil werden mit anderen Stoffen dotiert, um den Schmelzpunkt zu senken. Bei den auch Zauberpulver genannten (Halb-)Metallen handelt es sich um Bismut (Wismut), Germanium, Indium, Nickel, Kobalt oder Mangan, die einzeln oder in Kombination in Kleinstmengen beigemischt werden. Durch diese Methode wird der Schmelzpunkt der Lotpasten gesenkt, was für viele Fertigungsprozesse ein wichtiger Schritt ist, um die Bauteile und –gruppen zu schonen. Einige der neuen Legierungen sind bereits so ausgereift, dass sie dieselben technischen Anforderungen erfüllen wie hoch silberhaltige Produkte, zum Beispiel die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermomechanischer Belastbarkeit. Zum Teil sind sie diesen sogar schon überlegen und haben einen abgesenkten .Schmelzbereich im Vergleich zu SAC305.

Individuelle Beratung als Garant für optimale Ergebnisse

Die hohe Dynamik bei den Legierungen für die Elektronikfertigung ermöglicht zwar die Optimierung der Produktionsprozesse und eine Reduzierung der Kosten, allerdings geht das zu Lasten der Markttransparenz. Wie so häufig lassen sich allgemeine Aussagen über die optimale Legierung für den jeweiligen Lötprozess kaum treffen. Für die Auswahl sollten alle relevanten Faktoren, wie zum Beispiel Qualität, Kosten, Verfügbarkeit, Testmethoden usw., berücksichtigt und gewichtet werden. Zusammen mit einem Experten, der die Produktpaletten verschiedener Anbieter kennt, kann dann die am besten geeignete Legierung gefunden werden.


Unser Autor: Michael Fullbrecht ist Außendienstmitarbeiter von Wetec. Er ist Spezialist für die Bereiche Lötdrähte, Lotpasten und Klebstoffe für die Elektronikfertigung. Das Wissen, das er sich in mehr als 20 Berufsjahren in verschiedenen Unternehmen und Positionen zu diesen Themen angeeignet hat, nutzt Michael Fullbrecht zur fachkundigen Beratung seiner Kunden, zur Sortimentspflege des Systemlieferanten Wetec, aber auch zur internen Kompetenzvermittlung.


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