Prof. Werner Jillek, FH Nürnberg, Prof. Jürgen Villain, FH Augsburg

Viele japanische Elektrokonzerne untersuchen zinkhaltige Lote mit dem Ziel, die Löttemperatur zu senken. Lote auf Zinn-Zink-Basis (Sn-9Zn) haben eine Schmelztemperatur um 199°C (Eutektikum Sn-9Zn). Dieser Schmelzpunkt lässt sich mit Anteilen von Wismut weiter verringern.
Versuche lieferten folgende Ergebnisse: Die Benetzungseigenschaften von Zinn-Zink-Loten (SnZn) sind schlechter als bei zinnhaltigen Vergleichsloten. Unter Stickstoffatmosphäre lässt sich die Güte der Lotverbindung verbessern. SnZn-Lote zeigten auch nach Auslagerung teilweise eine höhere Festigkeit der Fügestelle als bei den Vergleichsloten – auch Zinn-Blei-Lot (SnPb). Beim Löten auf Cu- und Ni/Pd/Au-Oberflächen ist ein geringer Festigkeitsabfall zu verzeichnen. Für die Scherfestigkeit waren keine relevanten Unterschiede festzustellen.

Der Zykeltest mit -20°C/+120°C zeigte bei SnZn-Lot weniger Ausfälle als bei SnPb. In Fügestellen mit SnZnBi- und SnPb-Lotpasten bildeten sich bei sehr hohen Zykelzahlen Risse, die allerdings nicht zum elektrischen Ausfall führten. Die festgestellte Whisker-Bildung hat keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit, da die Whisker aus Flussmittelresten entstanden und damit elektrisch isolierend sind. In der intermetallischen Phase befinden sich nur Zn und Cu-Anteile. Die Phase ist damit sehr glatt und fest. Bei einer Auslagerungstemperatur über 125°C diffundiert Sn an die Cu-Oberfläche, bildet Blasen und senkt die Festigkeit. Eine Nickel-Sperrschicht verhindert diesen Vorgang.

Fazit – die Eigenschaften zinkhalter Lote:

• Die Benetzungseigenschaften zinkhaltiger Lote sind deutlich schlechter als die von Zinn-Blei-Lot (Sn37Pb), doch vergleichbar mit silberhaltigen Loten.
• Die Benetzungseigenschaften sind weitgehend unabhängig vom Zink- und Wismut-Gehalt.
• Das Zulegieren von 3% Wismut erhöht die Ausgangshärte um ca. 20% durch Dispersion. Das hat jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Festigkeit.
• Die Festigkeit zinkhaltiger Lote ist mindestens so hoch wie die von Sn37Pb.
• Die intermetallische Zone besteht zunächst aus Cu-Zn-Phasen. Erst bei längerer Auslagerung bei hohen Temperaturen kommt es zur Ausbildung von Cu-Sn-Phasen.
• Die Zuverlässigkeit zinkhaltiger Lötstellen ist nach langsamen, trockenen Temperaturzyklen -20/+120°C mindestens so hoch wie die von Sn37Pb.

Unterlagen komplett als Download (für Mitglieder):