Höhere Zuverlässigkeit durch hitzebeständige Materialien SMD-Elkos bleifrei löten

Oberflächenmontierbare Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit Flüssigelektrolyt erfordern neben einer sorgfältigen Feinabstimmung der bleifreien Reflow-Lötprozesse auch erhebliche Verbesserungen der Bauteilkonstruktion selbst, um während des Lötvorgangs bei erhöhten Temperaturen eine Vorschädigung zu vermeiden.

Höhere Zuverlässigkeit durch hitzebeständige Materialien

Oberflächenmontierbare Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit Flüssigelektrolyt erfordern neben einer sorgfältigen Feinabstimmung der bleifreien Reflow-Lötprozesse auch erhebliche Verbesserungen der Bauteilkonstruktion selbst, um während des Lötvorgangs bei erhöhten Temperaturen eine Vorschädigung zu vermeiden.

Die höheren Spitzentemperaturen, welche beim bleifreien Löten erforderlich sind, erhöhen bei Bauteilen die Gefahr der Vorschädigung durch Überhitzung. Die IPC-Lötrichtlinien empfehlen, bei größeren Bauelementen die Gehäusetemperatur unter 245 °C zu halten. Aber selbst wenn dieses Ziel erreicht wird, kann die lange Verweildauer ausreichen, um den Elektrolyten in Standard-Elkos zum Sieden zu bringen. Dabei kann das Bauteil je nach Ausmaß des Wärmeeintrags entweder sofort zerstört werden, oder es können latente Fehler auftreten, die Funktion kann beeinträchtigt sein, oder es tritt eine Drift der elektrischen Eigenschaften auf, die im Betrieb zu einem vorzeitigen Ausfall führen kann. Um dies zu vermeiden, muss das Sieden des Elektrolyten verhindert oder dessen negativer Einfluss soweit wie möglich minimiert werden. Dazu sind physikalische Verbesserungen am Bauteil selbst und am Lötprozess erforderlich.

Löten bei hohen Temperaturen

Bestrebungen, Blei und andere gefährliche Substanzen aus Elektronikprodukten zu verdammen, finden weltweit statt und folgen der EU-RoHS-Richtlinie seit Juli 2006. Nun führte auch China seine eigenen RoHS-Anforderungen ein, und alle Hersteller müssen dementsprechende bleifreie Prozesse einführen.

Bei der Einführung bleifreier Montageprozesse ist ein geeigneter Prozessablauf, der eine thermische Beschädigung während des Reflow-Lötens vermeidet, von hoher Bedeutung. Bei der früheren Verwendung von SnPb-Loten und Oberflächenbeschichtungen war es möglich, ein passendes Reflow-Profil zu verwenden, das eine Beschädigung des Bauteils verhinderte, da die Zeit oberhalb des Elektrolyt-Siedepunkts entsprechend kurz war.

Heutzutage ist ein Reflow-Lötprofil jedoch für alle Bauelemente auf dem Board komplexer und schwieriger zu optimieren. Im Vergleich zu SnPb-Loten erfordern bleifreie SAC-Legierungen (Zinn-Silber-Kupfer) eine wesentlich höhere Temperatur zwischen 235 und 250 °C und längere Zeitintervalle im Reflow-Prozess. Andererseits empfiehlt der IPC/JEDEC-Lötstandard J-STD-020C Spitzen-Gehäusetemperaturen für verschiedene Arten von Bauteilen. Bei großen Bauteilen mit einer Höhe über 2,5 mm und einem Gesamtvolumen von mehr als 350 mm³ beträgt diese 245 °C. Das Prozessfenster ist für bleifreies Löten also wesentlich schmaler. Die genaue Regelung des Reflow-Ofens ist bereits schwierig, und die großen Unterschiede zwischen der thermischen Masse unterschiedlicher Bauteile auf der Leiterplatte erschweren die Realisierung eines geeigneten Profils zusätzlich. Sind kleine Bauelemente neben solchen mit hoher thermischer Masse angeordnet, erschwert sich ebenfalls die Profil-Erstellung.

„Nasse“ Aluminium-Elkos zählen nach den IPC/JEDEC-Richtlinien meist zu den großen Bauteilen. Somit liegt die Spitzen-Reflow-Temperatur wesentlich höher als der Siedepunkt des Elektrolyten, der üblicherweise unter 200 °C liegt. Auch die Verweildauer im Reflow-Lötprozess ist für Standard-Elkos zu lang.