Bleilöten und bleifreies Löten im Bereich der Elektronikfertigung

Bleilot ist, oder eigentlich besser gesagt war das in der Leiterplattenbestückung (Printed Circuit Board Assembly, PCBA) am meisten verwendete Material. Die Gründe dafür sind, dass es kostengünstig ist, einen niedrigen Schmelzpunkt hat und leicht zu verwenden ist.

Bedenken bezüglich neurotoxischer Bleiwirkungen und der Auswirkung von Bleilöten auf die Gesundheit und auf die Umwelt trugen jedoch dazu bei, dass im Juli 2006 die in der EU geltenden Regelungen zur Verwendung von gefährlichen Stoffen in Elektro- und Elektronikgeräten geändert wurden (die RoHS-Richtlinie). Aus diesem Grund kann man in den zwei letzten Jahrzehnten eine rasante Entwicklung von Löttechniken beobachten, bei denen alternative Lötmaterialien auf Zinnbasis verwendet werden und die EMS-Dienstleister (Fertigungsdienstleister für elektronischen Komponenten) auf bleifreies Löten umstellen.

Bleilöten

Bleilot (auch als SnPb-Lot bezeichnet) ist eine Metalllegierung, deren Grundbestandteile Blei (Pb) und Zinn (Sn) sind. Heutzutage wächst jedoch das Bewusstsein bezüglich der beruflichen Risiken, die das Bleilöten mit sich bringt, und Bleilot wird allmählich als Gefahr für die Gesundheit am Arbeitsplatz betrachtet. Mehr noch, die beim Bleilöten entstehenden Stäube und Dämpfe gelten als neurotoxisch, wenn sie eingeatmet werden.

Aufgrund seiner negativen Auswirkung auf die Umwelt und auf die Gesundheit wird Bleilot systematisch aus dem Produktionsverfahren verbannt. Und dies passiert trotz seiner vielen unbestrittenen Vorteile:

Vorteile von Bleilöten:

Bleilot:

• Es hat einen niedrigeren Schmelzpunkt (183 °C) als bleifreies Lot (217 °C), verursacht weniger Probleme mit der Verbindungsqualität und stellt ein geringeres Risiko fürs Auftreten nachteiliger thermischer Effekte bei gelöteten Bauteilen dar.
• Kühlbares Bleilot hat eine hellere Farbe als bleifreies Lot, so dass mögliche Probleme, wie z. B. Oxidation, leichter zu erkennen sind.
• Es ist kostengünstiger und einfacher zu verwenden als bleifreies Lot, da der Preis von Bleilot nur ein Zehntel des Preises von Alternativen auf Zinnbasis beträgt. Aus diesem Grund ist es auch leichter zugänglich.

Nachteile von Bleilöten

Unternehmen, die viel Wert auf den Schutz der Gesundheit von Mitarbeitern und der Umwelt legen, sind sich jedoch dessen bewusst, dass der Hauptgrund für die Verwendung von bleifreiem Lötmitteln die neurotoxischen Eigenschaften von Blei sind.

• Sogar bei geringer, aber lang anhaltender Exposition kann sich Blei im menschlichen Körper bereits anreichern.
• Blei kann über die Haut, den Mund oder die Nase schnell in den Körper eindringen, und in Industrien mit hohen Bleiemissionen aus Produktionsprozessen sind die Arbeitnehmer ständig einer Bleigefahr ausgesetzt, weil sie Bleidämpfe einatmen oder Blei durch einfaches Berühren kontaminierter Oberflächen in den Körper gelangen kann.

Und eben aus dem vorstehenden Grund wurde die Verwendung von Bleifarben aufgegeben, bleifreies Benzin eingeführt und Elektronik-Fertigungsdienstleister (EMS-Anbieter) stellen auf bleifreies Löten um. Dies gilt umso mehr, weil die Europäische Union (EU) im Jahre 2006 die RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances Directive) verabschiedet hat und die USA diesem Beispiel gefolgt sind, indem sie Unternehmen, die die Verwendung von Lötmitteln auf Bleibasis reduziert haben, Steuervergünstigungen gewähren.

Bleifreies Löten

Eine Alternative zu den herkömmlichen 60/40- und 63/37-SnPb-Bleiloten stellen bleifreie Lote dar. Die heute verwendeten bleifreien Lote sind durch unterschiedliche Zusammensetzungen gekennzeichnet und können Kupfer, Zinn, Silber, Nickel, Zink, Wismut und Antimon enthalten. Das wiederum ermöglicht, eine hochwertige Lotlegierung herzustellen,weil der Zusatz von Spurenmetallen sehr gute mechanische Eigenschaften verleiht.
Die beliebtestebleifreie Lötmasse ist jedoch Zinn-Kupfer-Lot, das einen Schmelzpunkt von 217 °C hat und zu 99,3 % aus Zinn und zu 0,7 % aus Kupfer besteht.

Vorteile von bleifreien Loten

• Bleifreie Lote sind vor allem besser sowohl für die Umwelt als auch für die menschliche Gesundheit und damit umweltfreundlicher.

Aus diesem Grund stellen immer mehr Hersteller und Elektronik-Fertigungsdienstleister (EMS-Anbieter) auf bleifreies Löten um.

Nachteile von bleifreien Loten

Es muss jedoch eingeräumt werden, dass der Einsatz von bleihaltigen Loten gut berechtigt war, weil bleifreie Lote:

• schwieriger als Bleilote zu verwenden sind
• eine schlechtere Oberflächenbenetzbarkeit als Bleilot aufweisen
• keine so hohe Verbindungszuverlässigkeit wie Bleilot gewährleisten können, weil Blei weicher ist und sich einfach leichter löten lässt.
• Darüber hinaus bildet bleifreies Lot Oberflächenoxide, Flussmittelverunreinigungen und Legierungsablagerungen, die einen schlechten Übergangswiderstand verursachen können. Infolge der Umstellung vom Bleilöten auf bleifreies Löten können daher nicht die gleichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Lots gewährleistet werden.
• Einige Hersteller, die bleifreie Lotlegierungen verwenden, ersetzen Zinn durch Silber, wodurch sie noch teurer sind.
• Darüber hinaus enthalten der Flussmittelkern im Draht und die bleifreien Flussmittel oft scharfe Reduktionsmittel, die eine sehr reizende Wirkung auf die Schleimhäute haben und Reizungen der Nasennebenhöhlen, des Rachens und der Augen bei den Mitarbeitern verursachen.

Bleilot hat in der Elektronikfertigung viele Vorteile. Die Umstellung ist jedoch unvermeidlich, und alle Branchen, die Lot in großen Mengen verwenden, werden wahrscheinlich bald auf bleifreies Löten umstellen. Falls sie dies nicht bereits getan haben.

Weiterhin wird die Verwendung umweltfreundlicher Materialien durch die Regierungen in verschiedenen Ländern erzwungen, was paradoxerweise zu einer Verknappung des von Bastlern verwendeten Bleilots führt.

Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass die geringere Widerstandsfähigkeit bleifreier Legierungen gegenüber mechanischer Beanspruchung bedeutet, dass die Lebensdauer von Geräten, die auf diese Weise gelötete Leiterplattenbestückung (PCBA) verwenden, verkürzt wird. Und während dies in der Unterhaltungselektronik, wo die Geräte aufgrund des ständigen technologischen Fortschritts schnell durch neue ersetzt werden, von keiner Bedeutung ist, kann die Verwendung bleifreier Lote in Spezialgeräten wie medizinischen Apparaten oder Systemen für die Eisenbahn zu Problemen führen. Dies gilt umso mehr, als die Haltbarkeit von Loten stark von Temperaturschwankungen beeinflusst wird, gegen die Bleilote resistent sind.

Für EMS-Vertragsdienstleister ist es daher erforderlich, die Produktion ständig zwischen bleihaltigen und bleifreien Lötmitteln umzustellen, was eine schwierige Aufgabe darstellt, die nur ein guter Elektronik-Fertigungsdienstleister (EMS-Dienstleister) bewältigen kann.