Von hoch bleihaltigem Lot zu eutektischem AuSn wechseln

Es gibt zwei Kategorien von Lot aus denen man auswählen kann, wenn die Umgebung beim Betrieb eines Geräts 125°C entweder beim kontinuierlichen Betrieb oder beim beschleunigten Alterungstest im Temperaturwechsel übersteigt. Diese Lotkategorien sind jene, die hauptsächlich aus Blei oder aus Gold bestehen. Durch den Drang der Elektronikindustrie, ich von Blei abzuwenden, bewegen sich viele Hersteller, die Bleilote verwendet haben, vorsichtig nach vorne und schauen nun auf die Goldlote, vor allem auf Indalloy 182 (80Au20Sn).

Das größte Bedenken bezüglich dieses Wechsels bezieht sich auf die Festigkeit von AuSn, die wesentlich größer ist als die von Bleiloten. Wie stark die Bedenken sind, sollte jedoch von der Anwendung abhängig gemacht werden.

Schauen Sie sich beispielsweise dieses Fallszenario an:

Indalloy 159 (90Pb10Sn) wurde jahrelang in einem Gerät verwendet, um Hochtemperatursensoren an einer Kalibrierungssonde anzukleben, die während des Betriebs langsam von 350K (~75°C) zu 500K (~225°C) wechselt. Das Lot verbindet ein mit Nickel und Gold beschichtetes Kovar, oder Platin oder mit Platin beschichtetes Nickelblei mit einem verzinnten Kupferblei. Die Lötverbindung wird nicht unter Spannung gesetzt oder einem Temperaturschock ausgesetzt.

Wenn man die hochtemperaturigen Lötoptionen in diesem Szenario bedenkt, wäre AuSn mechanisch zu bevorzugen.

Warum?

Nun, zinnhaltige Weichlote werden während des Lötens Gold aus Goldmetallisierungen auslaugen, wodurch innerhalb der Lötverbindung eine brüchige Au-Sn intermetallische Schicht entsteht. Je mehr Gold vorhanden ist, desto mehr wird verbraucht und desto stärker ist die Dicke der entstehenden intermetallischen Schicht. Durch die brüchige Natur dieser Schicht, die sich direkt neben der relativ weichen PbSn-Lotschicht befindet, entstehen unterschiedliche Spannungen, die ein Risswachstum während der Temperaturwechsel fördern.

AuSn wurde vorher nicht beachtet, weil den Ingenieuren die Härte bekannt war und weil sie, auf Grund der beschriebenen Rissfehler bei der Verwendung eines weichen Lots, keine Verbesserungen erwarteten. Es war eine angenehme Überraschung, als sie herausfanden, dass der Wechsel zu einem bleifreien Lot die Qualität ihres Geräts nicht verschlechtert. AuSn ist  eine spröde Legierung, aber anders als oben beschrieben gibt es keine Spannungsdifferenzen. 

Bemerkung: Eutektische Goldlegierungen werden schon seit vielen Jahren verwendet, um mit Nickel beschichtete Kovardeckel an höchst zuverlässige Keramikgehäuse zu löten und haben ein gutes Ermüdungsverhalten gezeigt

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