Langzeitzuverlässigkeit von bleifreien Loten mit SN100CV sicherstellen
Spricht man von hochzuverlässigen Loten, denkt man zwangsläufig an Mehrstoffsysteme mit mindestens drei Legierungsbestandteilen. Bekannteste Variante ist das Lot SAC305. Um bestimmte Eigenschaften zu erzielen, gibt es Lotsysteme mit bis zu sechs verschiedenen Legierungsbestandteilen, die alle Vor- und Nachteile mit sich bringen. Um die gesamte Wertschöpfungskette der Produktionsprozesse sicher mit einem einheitlichen Lotsystem zu bedienen, müssen unterschiedliche Lieferformen kostengünstig erhältlich sein. Oft werden im Zusammenhang mit hochzuverlässigen, bleifreien Loten jedoch hochpreisige Metalle wie Silber (Ag) oder Indium (In) verarbeitet, die den reinen Metallpreis eines Lotsystems erheblich mitbestimmen können.

Gegenüberstellung der physikalischen Kenngrößen, Eigenschaften und Zusammensetzung der Lotlegierungen SN100C, SN100CV und SAC305. Balver Zinn
Natürlich darf man nie die langfristige Verfügbarkeit einer Ressource außer Acht lassen, denn das beste Lot ist das lieferbare Lot. Sicherlich gilt es zu berücksichtigen, dass Legierungsbestandteile einen Einfluss auf das Oxidationsverhalten von Loten (Lotpulver für Lotpasten), oder der Produzierbarkeit von Lotdrähten haben können. Jedoch: Sollte das hochzuverlässige Lot für die breite Massenproduktion dann nicht den idealen Kompromiss von Verfügbarkeit in allen erdenklichen Lieferformen, unkritische Ressourcen-Verfügbarkeit, wirtschaftlich attraktiver Preis und technologische Stabilität darstellen?
Wismut – aber im richtigen Mix
Mit dem patentierten Lot SN100CV ist Nihon Superior (Vertrieb: Balver Zinn) ein solcher Balanceakt gelungen: Das für Highend-Anwendungen konzipierte Lot erfüllt in seiner Kombination aus drei Lotsystemen alle Voraussetzungen für den idealen Kompromiss aus Wirtschaftlichkeit und Hochzuverlässigkeit. Denn das SN100CV kombiniert silberfreie Lote mit Wismut und Mikrodotierungen von Nickel und Germanium. Das Wismut (Bi; engl. Bismut) sorgt für die Verfestigung der Zinn-Matrix (Sn) nach dem Substitutionsprinzip und erhöht die Festigkeit des Lotes um etwa 30 Prozent im Vergleich zu der bisherigen Standardlegierung SN100C. Diese Festigkeitswerte sind vergleichbar mit denen vom Standardlot SnAg3Cu0,5.
Basierend auf das eutektische Lot mit der Zusammensetzung SnCu0,7Ni0,05Ge0,005 mit dem Handelsnamen SN100C ist dem SN100CV nun 1,5 Prozent Wismut zulegiert worden. Durch die Zugabe von Wismut verschiebt sich die Schmelztemperatur von eutektischen 227 °C auf einen Schmelzbereich von 221 °C bis 225 °C. SN100CV ist als Lotpaste, Lotdraht, Massivdraht und in verschiedenen Barren- und Stangenformen erhältlich und erfüllt somit die Anforderung für alle Lötprozesse (siehe Tabelle).
Der optimale Wismut-Gehalt
Die Wahl des Wismut-Gehaltes (Bi) in der Sn-Matrix ist entscheidend für die Zuverlässigkeit der Lötverbindung über den gesamten Arbeitstemperaturbereich. Bei Raumtemperatur löst sich nur eine sehr begrenzte Menge Bi in der Sn-Matrix. Das Legieren von Bi-Gehalten die außerhalb der Löslichkeitsgrenze liegen (Bild 1a), sei hier als kritisch anzumerken, da es bei Abkühlung unter dieser Grenze zu einer Ausscheidung des überschüssigen Wismuts kommen kann. So ist beispielsweise ein Bi-Gehalt von rund 6 Prozent bei einer Temperatur oberhalb von etwa 60 °C vollständig in der Sn-Matrix gelöst. Wird die Lötstelle auf Raumtemperatur abgekühlt, fängt das Wismut an sich auszuscheiden (Bild 1b).
Liegen die Wismut-Anteile oberhalb der Löslichkeitsgrenze bei der betrachteten Temperatur, so können diese zu eine mikrostrukturellen Instabilität führen. Unter Umständen besteht das Lotgefüge aus zwei Phasen: den SnBi-Mischkristallen und dem ausgeschiedenen Wismut. Das bei der Betriebstemperatur der Baugruppe in Lösung gehende Wismut, kann sich beim Abkühlen unter der Löslichkeitsgrenze wieder ausscheiden. Bezogen auf die Zuverlässigkeit der Lötverbindung ist das als besonders kritisch anzusehen.
Daher ist der Wismut-Gehalt beim SN100CV bewusst auf 1,5 Prozent beschränkt worden. Mit diesem unkritischen Wertanteil wird diesem Phänomen entgegengewirkt. Dadurch ist es möglich, die volle Löslichkeit von Wismut über den gesamten Arbeitstemperaturbereich sicherzustellen (Bild 2a + b).