Lötpastenauswahl: Definition, Umfang und an wen sich dieser Leitfaden richtet

Die Lötpastenauswahl ist der entscheidende Prozess, bei dem die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Lötmaterials an Ihre spezifischen Leiterplattenbestückungsanforderungen, die Bauteildichte und die Betriebsumgebung angepasst werden. Es geht nicht nur darum, eine Teilenummer auszuwählen; es beinhaltet das Abwägen von Legierungszusammensetzung, Flussmittelaktivität und Partikelgröße, um zuverlässige elektrische und mechanische Verbindungen zu gewährleisten. Für Einkaufsleiter und Ingenieure wirkt sich diese Entscheidung direkt auf Ausbeuteraten, Nacharbeitskosten und die langfristige Produktzuverlässigkeit aus.

Dieser Leitfaden bietet einen strukturierten Ansatz zur Auswahl der richtigen Paste, der über grundlegende Datenblätter hinausgeht und umsetzbare Beschaffungskriterien umfasst. Er wurde für Fachleute entwickelt, die Lieferanten validieren und robuste Spezifikationen für die Massenproduktion definieren müssen. Ob Sie es mit Fine-Pitch-Bauteilen oder rauen Betriebsbedingungen zu tun haben, die richtige Pastenauswahl verhindert kostspielige Feldausfälle.

Bei APTPCB (APTPCB Leiterplattenfabrik) sehen wir aus erster Hand, wie Pastenspezifikationen den Fertigungserfolg beeinflussen. Dieses Playbook skizziert die genauen Parameter, Risiken und Validierungsschritte, die erforderlich sind, um einen stabilen SMT-Prozess zu gewährleisten.

Wann die Lötpastenauswahl zu verwenden ist (und wann ein Standardansatz besser ist)

Sobald Sie den Umfang der Lötpastenauswahl verstanden haben, besteht der nächste Schritt darin zu bestimmen, ob Ihr Projekt eine spezialisierte kundenspezifische Auswahl erfordert oder ob eine Standard-Hauspaste ausreicht. Verwenden Sie einen spezialisierten Auswahlprozess, wenn:

• Feinrasterbauteile: Sie 0201-Passive, uBGA- oder CSP-Bauteile verwenden, die Pulver vom Typ 4 oder Typ 5 erfordern, um eine ordnungsgemäße Ablösung von der Schablone zu gewährleisten.
• Hohe Zuverlässigkeitsanforderungen: Das Produkt für den Automobil-, Luft- und Raumfahrt- oder Medizinsektor bestimmt ist, wo Temperaturwechselbeständigkeit und Vibrationsfestigkeit nicht verhandelbar sind.
• Komplexe thermische Profile: Die Platine eine hohe thermische Masse oder empfindliche Bauteile aufweist, die das Reflow-Fenster einschränken, wodurch eine Paste mit einem breiten Prozessfenster erforderlich ist.
• Lunkerempfindlichkeit: Sie große Masseflächen (QFNs/LGAs) haben, bei denen Lunkerbildung zur Wärmeableitung minimiert werden muss.
• No-Clean-Anforderungen: Die Anwendung Flussmittelrückstände nicht tolerieren kann oder der Rückstand chemisch inert sein muss, um Elektromigration zu verhindern.

Bleiben Sie bei Standard-Hauspaste, wenn:

• Standard-Unterhaltungselektronik: Das Design Standard-0603+-Bauteile und SOIC-Gehäuse mit moderater Dichte verwendet.
• Kostenempfindlichkeit: Die Verwendung der Standardpaste des Auftragsfertigers (üblicherweise SAC305 Typ 4) deren Mengenpreise und etablierte Profile nutzt.
• Schnelle Prototypenentwicklung: Geschwindigkeit Priorität hat und die vom Bestücker bereitgestellte Standard-SMT-Prozessübersicht für Funktionstests ausreicht.

Spezifikationen zur Lötpastenauswahl (Materialien, Lagenaufbau, Toleranzen)

Nachdem Sie festgestellt haben, dass Ihr Projekt eine spezifische Lötpastenauswahl erfordert, müssen Sie die technischen Spezifikationen in Ihrer Dokumentation klar definieren, um Unklarheiten während der Beschaffung zu vermeiden.

Wichtige zu definierende Spezifikationen:

• Legierungszusammensetzung:
  • Standard bleifrei: SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) für den allgemeinen Gebrauch.
  • Hohe Zuverlässigkeit: SnPb (63/37) für Verteidigung/Luft- und Raumfahrt (Ausnahmen gelten).
  • Niedrige Temperatur: SnBiAg für wärmeempfindliche Komponenten (Reflow < 170°C).
• Flussmitteltyp (IPC J-STD-004):
  • ROL0/ROL1: Kolophoniumbasiert, geringe Aktivität. Sicher für No-Clean.
  • ORL0: Organisch basiert. oft wasserlöslich.
  • Klassifizierung: Muss "No-Clean" (NC) oder "Wasserlöslich" (WS) angeben.
• Pulvergröße (IPC J-STD-005):
  • Typ 3 (25-45µm): Standard-Rastermaß (>0.5mm).
  • Typ 4 (20-38µm): Feines Rastermaß (0.4mm - 0.5mm).
  • Typ 5 (15-25µm): Ultrafeines Rastermaß (<0.4mm, 01005 Chips).
• Metallbeladung:
  • Typischerweise 88% - 90% nach Gewicht. Eine höhere Metallbeladung reduziert das Absacken, erhöht aber die Viskosität.
• Viskosität:
  • Bereich: 1300–2000 Poise (Malcom). Entscheidend für Druckgeschwindigkeit und Definition.
• Thixotroper Index (TI):
  • Ziel: 0.5–0.6. Bestimmt, wie die Paste unter Scherkraft (Rakel) dünner wird und nach dem Drucken ihre Struktur wiederherstellt.
• Halogengehalt:
  • Halogenfrei: <900ppm Cl/Br, wenn Umweltkonformität erforderlich ist.
• Klebkraftdauer:

• 8 Stunden. Stellt sicher, dass Komponenten an Ort und Stelle bleiben, wenn es zu einer Verzögerung zwischen Platzierung und Reflow kommt.

• Schablonenlebensdauer:

  • 8 Stunden. Die Paste darf während einer kontinuierlichen Schicht nicht auf der Schablone austrocknen.

• Hohlraumbildungsleistung:
  • Klasse-3-Anforderung: <25 % Hohlraumfläche auf BGA/QFN-Wärmeleitpads.
• Rückstandsmerkmale:
  • Muss stiftprüfbar sein (weicher Rückstand) oder hart/inert, abhängig von den ICT-Anforderungen.

Fertigungsrisiken bei der Lötpastenauswahl (Grundursachen und Prävention)

Die Definition von Spezifikationen ist nur der erste Schritt; Sie müssen auch die Fertigungsrisiken im Zusammenhang mit der Lötpastenauswahl antizipieren, um effektive Prozesskontrollen zu implementieren.

Häufige Risiken und Präventionsstrategien:

1. Lötperlenbildung (Solder Balling):
   • Grundursache: Übermäßige Oxide im Pulver, Pastenabsenkung, die Pads überbrückt, oder explosives Ausgasen.
   • Erkennung: AOI oder Sichtprüfung nach dem Reflow.
   • Prävention: Paste mit hoher Oxidationsbeständigkeit auswählen; korrekte Reflow-Profil-Anstiegsrate sicherstellen.
2. Graping (Unverflossenes Pulver):
   • Grundursache: Flussmittel erschöpft sich, bevor das Lot schmilzt; häufig bei langen/heißen Profilen.
   • Erkennung: Raue, holprige Oberfläche an den Lötstellen (sieht aus wie Trauben).
   • Prävention: Paste mit hochtemperaturbeständigem Flussmittel verwenden; die Einstellungen für Reflow-Profil-Anfänger optimieren, um die Einweichzeit zu reduzieren.
3. Head-in-Pillow (HiP):
   • Grundursache: Bauteilverzug hebt BGA-Kugel an; Pastenflussmittel trocknet aus, bevor die Kugel wieder absinkt.

• Erkennung: Röntgeninspektion (oft schwer zu erkennen) oder Funktionsausfall.
• Prävention: Paste mit ausgezeichneter Benetzungsaktivität und Barriereflussmitteltechnologie verwenden.

4. Lunkerbildung (Voiding):
   • Ursache: Flüchtige Stoffe in der Lötstelle eingeschlossen; Flussmittel-Ausgasung entweicht nicht.
   • Erkennung: Röntgeninspektion.
   • Prävention: Einweichzone optimieren, um das Entweichen flüchtiger Stoffe zu ermöglichen; spezifische Pastenformulierungen mit geringer Lunkerbildung wählen.
5. Verlaufen (Slumping):
   • Ursache: Geringe Viskosität oder geringer Metallanteil; Temperatur im Drucker zu hoch.
   • Erkennung: Brückenbildung bei der Lötpasteninspektion (SPI) oder Kurzschlüsse nach dem Reflow-Löten.
   • Prävention: Druckerumgebung aufrechterhalten (23-25°C); Paste mit höherer Kaltverlaufbeständigkeit wählen.
6. Tombstoning (Grabsteineffekt):
   • Ursache: Ungleichmäßige Benetzungskräfte; eine Seite schmilzt/benetzt schneller als die andere.
   • Erkennung: Visuell/AOI.
   • Prävention: Eutektische Legierungen oder Pasten mit spezifischen Schmelzbereichen verwenden; Symmetrie des Pad-Designs sicherstellen.
7. Flussmittelrückstands-Korrosion:
   • Ursache: Aktive Flussmittelrückstände nicht vollständig eingekapselt oder gereinigt.
   • Erkennung: SIR (Oberflächenisolationswiderstand)-Testfehler.
   • Prävention: ROL0/ROL1-Klassifizierung validieren; sicherstellen, dass der Reflow-Prozess Aktivatoren vollständig aktiviert/einkapselt.
8. Schlechte Schablonenablösung:
   • Ursache: Paste trocknet in den Öffnungen; Partikelgröße zu groß für das Öffnungsverhältnis.
   • Erkennung: Unzureichendes Volumen in SPI-Daten.

• Prävention: Pulvertyp (Typ 4/5) an Aperturgröße anpassen; nanobeschichtete Schablonen verwenden.

Validierung und Abnahme der Lötpastenauswahl (Tests und Annahmekriterien)

Um sicherzustellen, dass die oben genannten Risiken gemindert werden, ist ein robuster Validierungsplan erforderlich, bevor eine neue Lötpastenauswahl für die Massenproduktion genehmigt wird.

Validierungsschritte und Kriterien:

1. Druckbarkeitstest:
   • Ziel: Pastenfreisetzung und Definition überprüfen.
   • Methode: Auf Testträger mit variierenden Aperturflächenverhältnissen (0,5 bis 0,7) drucken. Mit SPI messen.
   • Annahme: Volumenwiederholbarkeit CpK > 1,66; keine Brückenbildung; Übertragungseffizienz > 80%.
2. Slump-Test (IPC-TM-650 2.4.35):
   • Ziel: Strukturelle Integrität vor dem Reflow prüfen.
   • Methode: Spezifische Muster drucken, 10 Minuten lang auf 150°C erhitzen.
   • Annahme: Keine Brückenbildung zwischen 0,2 mm beabstandeten Pads.
3. Lötperlentest (IPC-TM-650 2.4.43):
   • Ziel: Oxidationsgrade und Reflow-Koaleszenz bewerten.
   • Methode: Einen gedruckten Punkt auf einem Keramik-Coupon reflowen.
   • Annahme: Eine große Kugel mit nicht mehr als 3 Satellitenkugeln (bevorzugt).
4. Benetzungswaagentest:
   • Ziel: Flussmittelaktivität auf spezifischen Oberflächen (ENIG, OSP, HASL) überprüfen.
   • Methode: Benetzungskraft und -zeit messen.
   • Annahme: Benetzungszeit < 2 Sekunden; keine Entnetzung.
5. Hohlraumanalyse (Röntgen):
   • Ziel: Hohlraumanteil in Wärmeleitpads quantifizieren.

• Methode: Röntgenprüfung von QFNs und BGAs auf 10 Musterplatinen.
• Akzeptanz: Durchschnittliche Hohlraumbildung < 15 %; größter einzelner Hohlraum < 5 %.

6. SIR-Test (Oberflächenisolationswiderstand):
   • Ziel: Sicherstellung der elektrochemischen Zuverlässigkeit (keine Dendriten).
   • Methode: 85°C / 85% RH Bias-Test für 168+ Stunden.
   • Akzeptanz: Widerstand > 100 MΩ; kein dendritisches Wachstum.
7. Klebkrafttest:
   • Ziel: Überprüfung des Komponentenhalts.
   • Methode: Messung der Klebkraft über 8 Stunden.
   • Akzeptanz: Kraft > 100g nach 8 Stunden.
8. Reflow-Profilfenster:
   • Ziel: Bestimmung der Prozessrobustheit.
   • Methode: Ausführung von Profilen an den unteren (kühlen) und oberen (heißen) Grenzen der Spezifikation.
   • Akzeptanz: Gute Benetzung und keine Verkohlung an beiden Extremen.

Checkliste zur Lieferantenqualifizierung für die Lötpastenauswahl (Angebotsanfrage, Audit, Rückverfolgbarkeit)

Sobald die Validierung beweist, dass das Material funktioniert, verwenden Sie diese Checkliste, um den Lieferanten und die spezifische Lötpastenauswahl für die laufende Beschaffung zu qualifizieren.

Gruppe 1: Eingaben für die Angebotsanfrage (Was Sie anfordern)

• Technisches Datenblatt (TDS) zur Bestätigung von Legierung, Flussmittel und Pulvergröße.
• Sicherheitsdatenblatt (SDS) zur Einhaltung der Vorschriften (REACH/RoHS).
• Haltbarkeitsgarantie (z.B. 6 Monate bei 0-10°C).
• Mindestbestellmenge (MOQ) und Gebindegröße (500g-Gebinde vs. Kartusche).
• Lieferzeit für frische Chargen (Paste sollte bei Erhalt nicht älter als 1 Monat sein).
• Kühlkettenversandfähigkeit (Datenlogger enthalten?).
• Preisstufen für Volumen (kg/Monat).
• Verfügbarkeit von technischem Support für Profiloptimierung.

Gruppe 2: Nachweis der Leistungsfähigkeit

• Interne Laborberichte zur Chargenkonstanz (Viskosität, Metallbeladung).
• Halogenfreie Zertifizierung (falls zutreffend).
• Nachweis der erfolgreichen Anwendung mit Ihrer spezifischen Oberflächenveredelung (z.B. OSP-Kompatibilität).
• Referenzkunden in Ihrer Branche (Automobil/Medizin/Luftfahrt).
• Verfügbarkeit von Mustern für einen 500g Qualifikationslauf.
• Kompatibilitätsberichte mit Ihren gewählten Reinigungsmitteln (falls gewaschen wird).

Gruppe 3: Qualitätssystem & Rückverfolgbarkeit

• ISO 9001 / IATF 16949 Zertifizierung.
• Chargenrückverfolgbarkeitssystem (können sie Pulvercharge und Flussmittelcharge zurückverfolgen?).
• Analysezertifikat (CoA) bei jeder Lieferung.
• CoA enthält tatsächliche Testdaten, nicht nur "Bestanden".
• Musteraufbewahrungsrichtlinie (wie lange werden Chargenmuster aufbewahrt?).
• Verfahren zur Handhabung von Temperaturüberschreitungen während des Versands.

Gruppe 4: Änderungskontrolle & Lieferung

• PCN (Product Change Notification) Richtlinie: mindestens 6 Monate Vorankündigung für Rezepturänderungen.
• Robustheit der Verpackung (isolierte Boxen, Kühlakkus, Temperaturindikatoren).
• Lokale Lageroptionen zur Reduzierung der Transitzeit.
• Verfügbarkeit von Notfallbeständen.
• Verfahren zur Entsorgung/Recycling abgelaufener Paste.
• Klare Kennzeichnung von Herstellungsdatum und Verfallsdatum.

Wie man die Lötpastenauswahl trifft (Kompromisse und Entscheidungsregeln)

Mit einem qualifizierten Lieferanten beinhaltet die endgültige Entscheidung oft Kompromisse. Verwenden Sie diese Regeln, um Ihre Lötpastenauswahl abzuschließen.

Kompromiss-Szenarien:

1. No-Clean vs. wasserlöslich:
   • Regel: Wenn Sie Bauteile mit geringem Abstand (QFNs/LGAs) haben, bei denen Wasser Rückstände nicht ausspülen kann, wählen Sie No-Clean. Wenn Sie glänzende Lötstellen für die Sichtprüfung benötigen und eine Hochdruckreinigung haben, wählen Sie wasserlöslich.
2. Typ 4 vs. Typ 5 Pulver:
   • Regel: Wenn Sie 01005 Bauteile oder BGAs mit 0,3 mm Rastermaß haben, wählen Sie Typ 5. Andernfalls wählen Sie Typ 4, um Kosten zu sparen und Oxidationsrisiken zu reduzieren (kleineres Pulver oxidiert schneller).
3. Halogenfrei vs. Standard:
   • Regel: Wenn der Endkunde "Grüne" Konformität verlangt, wählen Sie halogenfrei. Beachten Sie, dass halogenfreie Pasten oft ein engeres Prozessfenster haben und auf oxidierten Pads weniger effektiv benetzen.
4. Hochtemperatur- vs. Niedertemperaturlegierung:
   • Regel: Wenn Bauteile 245°C nicht überstehen können, wählen Sie SnBiAg (Niedertemperatur). Beachten Sie, dass Niedertemperatur-Lötstellen spröde sind und eine geringere Fallschockbeständigkeit aufweisen.
5. Hohe Klebrigkeit vs. geringe Klebrigkeit:
   • Regel: Wenn Sie eine Hochgeschwindigkeitslinie mit schneller Bewegung haben, wählen Sie hohe Klebrigkeit, um Bauteilverschiebung zu verhindern. Wenn Sie eine langsame Linie haben, ist Standard-Klebrigkeit ausreichend.
6. Klarer Rückstand vs. Pin-testbar:

• Regel: Wenn Sie ICT (In-Circuit Test) verwenden, wählen Sie Pin-Testbare Rückstände (weich, nicht klebrig), um eine Sondenverunreinigung zu verhindern. Wenn Ästhetik am wichtigsten ist, wählen Sie Klare Rückstände.

FAQ zur Lötpastenauswahl (Kosten, Lieferzeit, DFM-Dateien, Materialien, Prüfung)

Die Berücksichtigung der letzten Details hilft, den Beschaffungsprozess für die Lötpastenauswahl zu optimieren.

F: Wie wirkt sich die Lötpastenauswahl auf die gesamten Kosten der Leiterplattenbestückung aus?

• Obwohl die Paste selbst günstig ist, treibt die falsche Auswahl die Kosten durch Nacharbeit und Ausschuss in die Höhe.
• Die Verwendung von Typ-5-Pulver anstelle von Typ-4 erhöht die Materialkosten um ca. 20-30 %, ist aber für die Ausbeute bei Designs mit ultrafeinem Raster erforderlich.

F: Was ist die typische Lieferzeit für kundenspezifische Lötpastenbestellungen?

• Standardlegierungen (SAC305) sind in der Regel auf Lager (2-3 Tage).
• Speziallegierungen (Niedertemperatur, Hochblei) oder spezifische Flussmittelformulierungen können eine Lieferzeit von 2-4 Wochen erfordern.

F: Wie gebe ich die Lötpastenanforderungen in meinen DFM-Dateien an?

• Fügen Sie eine Notiz in die Fertigungszeichnung ein: "Lötpaste: IPC J-STD-004 ROL0, SAC305, Typ 4".
• Stellen Sie sicher, dass die Leiterplattenschablone-Schicht in Ihren Gerbern den für den gewählten Pastentyp empfohlenen Aperturreduktionen entspricht.

F: Kann ich alte Lötpaste verwenden, wenn sie gekühlt wurde?

• Halten Sie sich strikt an das Verfallsdatum. Selbst gekühlte Paste kann sich trennen oder Feuchtigkeit aufnehmen.
• Führen Sie einen Lötperlentest und eine Viskositätsprüfung durch, wenn Sie abgelaufene Paste für unkritische Prototypen verwenden müssen.

F: Welche Tests sind für die Abnahmekriterien einer neuen Pastenmarke erforderlich?

• Minimum: Druckbarkeitstest (SPI), Benetzungsbalance und Hohlraumanalyse.
• Für hohe Zuverlässigkeit zusätzlich SIR-Tests und Temperaturwechselprüfungen.

F: Wie beeinflusst die Auswahl der Lötpaste die SMT-Prozessübersicht?

• Die Paste bestimmt das Reflow-Profil (Spitzentemperatur, Einweichzeit).
• Siehe unsere SMT-Prozessübersicht, um zu verstehen, wie Pasteneigenschaften die Liniengeschwindigkeit und Ofeneinstellungen bestimmen.

F: Warum ist "Cold Slump" eine kritische Spezifikation für Fine Pitch?

• Cold Slump tritt nach dem Drucken, aber vor dem Reflow auf.
• Wenn die Paste zu stark absackt, überbrückt sie Fine-Pitch-Pads und verursacht Kurzschlüsse.

F: Führt APTPCB eine Wareneingangskontrolle für Lötpaste durch?

• Ja. Wir prüfen Lagertemperatur, Verfallsdatum und führen visuelle Mischtests durch.
• Unser Qualitätssystem stellt sicher, dass nur konforme Materialien in die Produktionslinie gelangen.

Ressourcen für die Lötpastenauswahl (verwandte Seiten und Tools)

• SMT- & THT-Bestückung: Verstehen Sie, wo die Pastenauswahl in den gesamten Bestückungs-Workflow passt.
• Leiterplatten-Schablonendienste: Das Schablonendesign muss mit Ihrer Pastenauswahl für eine optimale Freigabe abgestimmt sein.
• SPI-Inspektion: Erfahren Sie, wie wir das Pastenvolumen und die Ausrichtung in Echtzeit validieren.
• DFM-Richtlinien: Designregeln, um sicherzustellen, dass Ihre Pads mit Standardpastenanwendungen kompatibel sind.
• Selektives Löten: Alternativen zum Pastenreflow für Boards mit gemischter Technologie.

Angebot für Lötpastenauswahl anfordern (DFM-Überprüfung + Preisgestaltung)

Bereit für die Produktion? APTPCB bietet eine umfassende DFM-Überprüfung, um sicherzustellen, dass Ihre Lötpastenauswahl mit Ihrem Boarddesign und Ihren Volumenanforderungen übereinstimmt.

Um ein genaues Angebot und eine DFM-Analyse zu erhalten, geben Sie bitte Folgendes an:

1. Gerber-Dateien: Einschließlich Pastenschichten und Bestückungszeichnungen.
2. BOM (Stückliste): Zur Identifizierung von Fine-Pitch-Komponenten.
3. Spezielle Anforderungen: Vermerken Sie alle spezifischen Legierungs- (z.B. SnPb) oder Flussmittelbedürfnisse (z.B. wasserlöslich).
4. Volumen: Der geschätzte Jahresverbrauch hilft uns bei der Planung der Materialbeschaffung.

Fazit: Nächste Schritte zur Lötpastenauswahl

Eine effektive Lötpastenauswahl ist ein Gleichgewicht aus Chemie, Physik und Prozesskontrolle. Indem Sie klare Spezifikationen für Legierung und Flussmittel definieren, die Risiken von Hohlraumbildung (Voiding) und Absacken (Slump) verstehen und die Leistung durch strenge Tests validieren, stellen Sie einen hochproduktiven Montageprozess sicher. Verwenden Sie die bereitgestellte Checkliste, um Ihre Lieferanten und Materialien zu qualifizieren und sicherzustellen, dass jeder Druck zu einer zuverlässigen Lötstelle führt.

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• Leiterplattenschablone
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