Höhere Zuverlässigkeit durch hitzebeständige Materialien
SMD-Elkos bleifrei löten
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Verbesserte Temperaturstabilität
Zu den weiteren Verbesserungen bei Elektrolytkondensatoren der nächsten Generation zählt eine höhere Stabilität der Aluminiumoxidschicht auf der Kondensator-Anode. Diese Anforderung beruht auf den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und nicht auf dem Sieden des Elektrolyten. Die höhere Reflow-Spitzentemperatur verursacht eine beträchtliche Ausdehnung der Aluminium-Anodenfolie. Die aufgebrachte Oxidschicht tendiert dabei, zu brechen und das blanke Aluminium offenzulegen. Dies erhöht kurzzeitig den Leckstrom des Kondensators. Obwohl dieser Effekt durch den Stromfluss bei Normalbetrieb im Laufe der Zeit selbstheilend ist, entwickelte Vishay BCcomponents ein verbessertes Oxid und optimierte die Fertigung. Dies führte zu einer höheren Temperaturstabilität der Oxidschicht.
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Optimiertes Reflow-Profil
Die erwähnten strukturellen und materiellen Änderungen verbessern die Widerstandsfähigkeit von Elektrolytkondensatoren während des Reflow-Lötprozesses. Bild 3 beschreibt das optimale Bleifrei-Lötprofil für Bauteile mit der Größe von 8 × 8 × 10 mm³ bis 10 × 10 × 14 mm³. Die relativ große thermische Masse von Elektrolytkondensatoren stellt bei der Optimierung der Reflow-Ofen-Einstellungen eine Herausforderung dar. Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen großer Bauteile wie Kondensatoren sind dabei zu empfehlen. Die Löttemperatur für Kondensatoren sollte daher nicht nur an den Anschlüssen, sondern auch an der Gehäuseoberfläche gemessen werden. Nur so lässt sich eine gute Übereinstimmung mit dem idealen Profil gewährleisten.
Zuverlässigere Kondensatoren
Die bleifreie Technologie hat das Prozessfenster beim Reflow-Löten erheblich verringert. Die minimalen Löttemperaturen liegen nun wesentlich höher als beim herkömmlichen SnPb-Löten; die maximal empfohlenen Temperaturen für die verschiedenen Bauteilarten bleiben jedoch gleich. Um eine Vorschädigung von Elkos zu vermeiden, müssen einerseits die Prozessingenieure ein ausgefeilteres Reflow-Profil entwickeln und andererseits die Bauteilhersteller das Kondensatordesign bzw. die Herstellprozesse optimieren, um widerstandsfähigere Bauteile auf den Markt zu bringen.
Dieser kombinierte Ansatz wird empfohlen, um die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit bleifreier Elektronikprodukte zu gewährleisten. Die Bilder 4 und 5 dokumentieren die erhöhte Langzeitstabilität, wie sie durch die beschriebenen Konstruktionsverbesserungen erzielt wurde. Die Diagramme stellen Ergebnisse aus Langzeittests von Kondensatoren dar, die nach bleifreiem Löten laut Bild 3 betrieben wurden: Der Vergleich zeigt die Kapazitätsabweichung und die ESR-Zunahme von Standardbauteilen und verbesserten Bauteilen. Verbesserte Materialien und eine verstärkte Konstruktion erhöhen somit Lebensdauer und Stabilität der Bauteile. (Alfred Goldbacher)
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- Verbesserte Temperaturstabilität
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- Anpassen oder entgegenwirken?
