Partikelanalysator CAMSIZER XT

Qualitätskontrolle von Lotpulvern

Verschiedene Standorte, gleiche Produktqualität

SMD-(Surface Mounted Devices-)Bauteil.

Dipl.-Phys. Jörg Westermann*)

Lötpasten werden in der Elektronik-Industrie zur Reflow-Verlötung von SMD-(Surface Mounted Devices-)Bauteilen eingesetzt. Die Lötpaste mit dem darin enthaltenen metallenen Lotpulver wird auf die Leiterplatten aufgedruckt und die Bauelemente auf die bedruckten Kontaktflächen aufgesetzt. Die Paste fixiert die Bauteile auf der Leiterkarte, bis diese zur Verlötung im Lötofen erhitzt wird. Dort schmilzt die Paste auf und stellt den dauerhaften elektrischen Kontakt zwischen Bauelementen (Widerstände, Transistoren, ICs, EPROMs etc.) und den Kontaktflächen auf der Leiterplatte sicher. Wesentlicher Bestandteil der Lötpasten ist neben den Flussmitteln das Lotpulver.

Lotpulver bestehen aus feinen, meist kugelförmigen Partikeln, die klassischerweise aus Zinn/Blei-Legierungen bestehen. Moderne Lötpasten verwenden bleifreie Lotpulver aus Zinn/Silber/Kupfer-Legierungen oder anderen Metallen. Die immer kleiner werdenden Bauelemente und Strukturen auf den Leiterkarten stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Prozesses bzw. an die enge Korngrößenverteilung der immer kleiner werdenden Lotpartikel.

Wichtige Eigenschaften des Lotpulvers sind die Fließfähigkeit und die Benetzung, aber auch die Schmelztemperatur und der Oxidanteil. Diese Eigenschaften hängen von den Legierungen und den darin enthaltenen Zusätzen und Verunreinigungen ab, aber auch von der Partikelgrößenverteilung und der Form der Partikel. Runde Partikel haben z.B. eine bessere Fließfähigkeit und lassen sich daher schneller und gleichmäßiger auf die Leiterplatten aufdrucken. Außerdem haben sie durch die geringere Oberfläche einen kleineren Oxidanteil als unregelmäßig geformte Partikel.

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Die Anforderungen an die Lotpulver sind z.B. im Joint Industry Standard J-STD006 beschrieben. Als „rund“ gilt ein Lotpulver laut J-STD006, wenn mehr als 90 % des Materials ein Breiten- zu Längenverhältnis von 2:3 (0.67) nicht unterschreiten.

Das US-amerikanische Unternehmen Cookson Electronics/Alpha Advanced Materials entwickelt und produziert an 50 Standorten weltweit eine komplette Produktpalette von Lötmaterialien. Man nutzt den optischen Partikelanalysator CAMSIZER XT für die Partikelcharakterisierung an den vier Produktionsstandorten. Der CAMSIZER XT, welcher nach dem Prinzip der Dynamischen Bildanalyse arbeitet, misst die Partikelgrößenverteilungen aller gängigen Lotpulver präzise und hochauflösend. Das Gerät ermöglicht aber nicht nur die Qualitätskontrolle der Endprodukte, sondern auch die Steuerung und Überwachung von Zwischenschritten in der Produktion.

Bei den Lotpulvern werden schmale Kornverteilungen angestrebt, d.h. alle Partikel sollen annähernd die gleiche Größe haben. In der Produktion wird das typischerweise durch einen zweistufigen Prozess erreicht. Zunächst wird in einem sogenannten „Atomisator“ das geschmolzene Metall fein zerstäubt. Der „Atomisator“ kann zum Beispiel aus einer schnell rotierenden Platte bestehen, auf die das flüssige Metall tropft. Die durch die Fliehkraft weggeschleuderten Tröpfchen erstarren dann im Flug zu feinen, annähernd runden Lotkügelchen. Je nach gewünschtem Pulvertyp werden unterschiedliche Prozesseinstellungen benötigt, um die gewünschte Korngröße zu erreichen. In einem zweiten Schritt wird aus dem Rohpulver eine schmale Verteilung herausgesiebt. Das Über- und Unterkorn wird wieder eingeschmolzen und dem Atomisator erneut als Ausgangsmaterial zugeführt.

Um optimale Ausbeuten zu erreichen, soll der Atomisator eine schmale Partikelgrößenverteilung liefern, die möglichst hohe Anteile im Zielkorngrößenbereich besitzt, so dass beim Absieben möglichst wenig Fein- und Grobanteil anfällt. Mit dem CAMSIZER XT lassen sich die Parameter des Atomisators zeitnah optimieren und dadurch der recycelte Anteil minimieren.

Die präzise Messung auch kleinster Anteile von Über- und Unterkorn ermöglicht dem Anwender das Überwachen der Siebprozesse in der Produktion, um Verschleiß oder Verstopfung der Siebe möglichst schon frühzeitig zu erkennen. Hierdurch können die Wartungsintervalle maximiert und gleichzeitig die gleichmäßige Qualität der Produktion sichergestellt werden.

Der Messbereich des CAMSIZER XT deckt den gesamten in der Tabelle dargestellten Größenbereich ab.

Dipl.-Phys. Jörg Westermann*)

  1. International Sales Manager, Retsch Technology GmbH, Retsch-Allee 1-5, 42781 Haan, Telefon: 02104 2333-300, E-Mail: technology@retsch.de
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