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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

Der jetzt vorliegende Teil 3-13 der Normreihe 60068 enthält Hintergrundinformationen und Empfehlungen für Autoren und Nutzer von Spezifikationen für elektrische und elektronische Bauelemente. Dabei wird Bezug genommen auf die Prüfnormen IEC 60068-2-20, IEC 60068-2-54, IEC 60068-2-58, IEC 60068-2-69 und IEC 60068-2-83 sowie auf die IEC 61760-1, in der die Forderungen für die Spezifikationen oberflächenmontierbarer Bauelemente definiert sind. Nach Klärung elementarer Begriffe wie Lötbarkeit, Lötwärmebeständigkeit und Benetzbarkeit widmet sich ein einleitendes Kapitel den Faktoren, die die Fähigkeit zum Löten beeinflussen. Die Bedingungen, von denen die problemlose Herstellung und die Zuverlässigkeit einer Lötverbindung abhängen, können in drei Gruppen eingeteilt werden. Dies sind zum einen die Ausführung der Verbindung, bestimmt durch die Wahl der beiden zu verbindenden metallischen Elemente (deren Form, Größe, Zusammensetzung et cetera) und der Fertigungsmethode (relative Lage, anfängliche Befestigung et cetera) und zum anderen die Benetzbarkeit der zu verbindenden Oberflächen, sowie die für den Lötvorgang angenommenen Bedingungen (Temperatur, Flussmittel, Lotlegierung, Ausrüstungen et cetera). Weitere Abschnitte befassen sich mit der Physik der Oberflächenbenetzung, der Qualität und Zuverlässigkeit von Lötverbindungen. Das Kapitel Verarbeitbarkeit von Bauelementen in Lötprozessen beziehungsweise Löten erläutert, dass es nicht ausreichend ist, dass ein Bauelement Anschlüsse hat, die zum Löten geeignet sind (durch geschmolzenes Lot benetzt werden können). Gegenwärtig werden bei der Herstellung elektronischer Ausrüstungen verschiedene Arten von Lötprozessen und Lotlegierungen verwendet. Aufgrund der Einführung von bleifreiem Lot können die Verarbeitungstemperaturen heutzutage in einem Bereich von mehr als 100 Grad variieren und eine Dauer von Sekunden bis zu Minuten haben. Wegen der großen Vielfalt der Prozessbedingungen kann ein Bauelement nicht einfach mehr als geeignet für zum Beispiel "Schwalllöten" oder "Reflow-Löten" oder "bleifreies Löten" klassifiziert werden. Besondere Aufmerksamkeit sollte der Tatsache beigemessen werden, dass die Eignung eines Bauelementes zum "bleifreien Löten" wegen der Vielfalt bleifreier Lotlegierungen und Prozessbedingungen nicht angegeben werden kann. Weitere Abschnitte haben unter anderem zum Thema das Lot, die Einteilung der Lötbedingungen, die Eignung zum Löten, die Feuchtigkeitsempfindlichkeit der Bauelemente und den Zusammenhang zwischen Lagerungszeit / Lagerungsbedingungen und der Lötbarkeit. Das Lötprüfungen beschäftigt sich mit den typischen Bedingungen für Lötvorgänge, die Funktion der Prüfungen im Hinblick auf industrielle Lötprozesse und die Gründe für die Wahl der Prüfbedingungen. Industrielle Lötbedingungen in der Elektronik variieren beträchtlich, aber es ist im Allgemeinen für die Erfüllung der unterschiedlichen Montagebedingungen nicht erforderlich verschiedene Arten von Bauelementen zu verwenden. Es ist somit möglich, die Bedingungen des industriellen Lötens von Bauelementen innerhalb vernünftiger, enger Grenzen zu klassifizieren. Weitere Abschnitte widmen sich den Themen Lotlegierung, Flussmittel, Prüfausrüstungen, Bewertungsmethoden und Abnahmekriterien. Im Kapitel Methoden der Lötprüfungen wird der Zweck von Lötprüfungen erläutert. Bauelemente und Lot sind unter kontrollierten Bedingungen so zusammen zu bringen, dass die Qualität der Benetzung entsprechend der definierten Kriterien eingeschätzt werden kann. Grundsätzlich sind Lötzeitprüfungen Schätzungen der Zeit, die der Kontaktwinkel benötigt, um an allen Stellen der Lotgrenze einen gleichmäßig niedrigen Winkel zu erreichen. Bei einigen Prüfungen wird diese Bedingung nur durch visuelle Prüfung geschätzt. Bei anderen wird die Zeit gemessen. Komplett quantitative Prüfungen sind diejenigen, bei denen sowohl die Zeit als auch die auf den Prüfling durch die Oberflächenspannung des Lotes einwirkende Kraft gemessen wird. Bei verlängertem Kontakt kann sich der Kontaktwinkel unter besonderen Umständen wieder vergrößern und das Lot sich wieder von der Oberfläche des Prüflings zurückziehen. Dieses Phänomen ist als Entnetzung bekannt. Einige der Prüfmethoden sehen eine Untersuchung auf Entnetzung vor. Wenn die Möglichkeit von Entnetzung befürchtet wird, sollte in der entsprechenden Spezifikation gefordert werden, dass dies einbezogen wird. In weitere Abschnitte werden die Themen Überblick über die Prüfmethoden, Lotbadprüfung, Aufschmelzprüfung, Lötkolbenprüfung, Lötbarkeit und Benetzungswaage behandelt. Die Methode der Prüfung mit der Benetzungswaage gestattet die Messung der vertikalen Kräfte die auf einen Prüfling einwirken als Funktion der Zeit, wenn dieser in einem Bad oder in einer Kugel geschmolzenen Lots eingetaucht ist. Die Benetzbarkeit des Prüflings wird dabei als Zeit zum Erreichen eines vorgegebenen Benetzungsgrades oder als Grad der innerhalb einer vorgegebenen Zeit erreichten Benetzung abgeleitet. Einige metallische Oberflächen sind einfacher zu löten als andere. Sie unterscheiden sich sowohl in der Benetzungsgeschwindigkeit als auch in der Adhäsionskraft des Lots an deren Oberfläche. Die Benetzungsgeschwindigkeit ist abhängig von den kombinierten Wirkungen des Wärmebedarfs und der Benetzbarkeit der Metalloberfläche. Diese kombinierten Eigenschaften sind als Lötbarkeit des Materials bekannt. Die Benetzbarkeit desselben Materials kann beträchtlich variieren, da sie stark vom Zustand der Metalloberfläche abhängt. Dünne Filme von Oxid, Fett oder organischen Verunreinigungen können die Benetzbarkeit eines Metalls stark beeinträchtigen. Mit der Einführung der Verarbeitung bleifreier Lote sind jetzt viele neue Oberflächenbeschaffenheiten gebräuchlich, und diese haben unterschiedliche Benetzbarkeitscharakteristika sowie eine unterschiedliche Anfälligkeit zur Verschlechterung bei verschiedenen Umweltbedingungen. Ein abschließendes Kapitel der Norm erläutert Anforderungen und statistischer Charakter der Ergebnisse. Der Leitfaden hilft dem Autor und dem Nutzer der Spezifikation durch Erläuterung des Grundkonzepts, eine besondere Methode auszuwählen und die genaue Bedeutung der erhaltenen Ergebnisse zu verstehen. Zuständig ist das DKE/K 682 "Aufbau- und Verbindungstechnik für elektronische Baugruppen" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE.

Änderungsvermerk

Gegenüber DIN EN 60068-2-44:1996-02 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Alle Abschnitte wurden unter Berücksichtigung des gesamten Inhalts der vorherigen Ausgabe entsprechend den aktuellen Anforderungen an Form und Gestaltung überarbeitet. b) Diese Ausgabe enthält Hintergrundinformationen und einen Leitfaden für Ersteller und Anwender von Spezifikationen für elektrische und elektronische Bauelemente. c) Prüfungen und Anforderungen wurden entsprechend dem aktuellen technischen Stand aktualisiert. d) Informationen über bleifreies Löten ergänzt.

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Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 682 - Aufbau- und Verbindungstechnik für elektronische Baugruppen