Spezialitäten

Unsere Oberflächen finden Sie in vielen Bereichen des täglichen Lebens wieder. Sowohl Hersteller elektrischer und elektronischer Komponenten als auch Automobilzulieferer verlassen sich seit Langem auf die hervorragenden Löt- und Korrosionseigenschaften unserer Zinn- und Nickelauflagen. In diesem Bereich möchten wir einige Themen vorstellen, die uns im Besonderen beschäftigen.

Löttechnik

Für höchste Lötansprüche: In einem Arbeitsgang Ni-/Cu-gesperrte und verzinnte Drähte und Bänder. Getestet nach DIN, Bosch-, Siemens- und anderen Werksnormen, mit Prüflingen und Werkszeugnissen. Verzinnung z. B. für Bestiftungsdrähte: whiskerfest, nickelgesperrt und thermisch aufgeschmolzen.

Messtechnik
  • Messung der Auflagestärke auf coulometrischem Wege oder durch Röntgenfluoreszenz-Untersuchung
  • Lichtmikroskopische Beurteilung der Oberfläche
  • Wickel-, Torsions- oder Biegeprobe zur Ermittlung der Haftung
  • Feststellung der Porenfreiheit einer Schicht mit der Polysulfidmethode oder nach Geoffroy de Lore
  • Durchmesserbestimmung per Lasermessung, digitaler Bügelmessschraube oder Analysenwaage
  • Bestimmung von Festigkeit und Dehnung mittels Zugprüfung
  • Optische Beurteilung der Lötfähigkeit auch nach Alterung im Trockenofen oder Wasserdampf
Normen

Sollten Sie keine abweichenden Anforderungen haben, so gelten bei der Verarbeitung in unserem Hause die folgenden Normen in der jeweils angegebenen Ausgabe:

DIN-Bezeichnung Titel Ausgabedatum
DIN 17753 Drähte aus Nickel und Nickel-Knetlegierungen; Eigenschaften 2002-09
DIN 46431 Runddrähte aus Kupfer für die Elektrotechnik 1970-06
DIN 50960-1 Galvanische und chemische Überzüge;
Bezeichnung und Angaben in technischen Unterlagen
2005-10
DIN 51212 Verwindeversuch an Drähten 1978-09
DIN ISO 7802 Wickelversuch an Drähten 2008-10
DIN EN ISO 2177 Metallische Überzüge - Schichtdickenmessung –
Coulometrisches Verfahren durch anodisches Ablösen
08-2004
DIN EN ISO 3497 Schichtdickenmessung Röntgenfluoreszenz-Verfahren 2001-12
DIN EN ISO 9001 Qualitätsmanagementsysteme 2009-12
DIN EN 1412 Kupfer und Kupferlegierungen; Europ. Werkstoffnummernsystem 1995-12
DIN EN 1977 Kupfer u. Kupferlegierungen: Vordraht aus Kupfer 1998-05
DIN EN 1403 Galvanische Überzüge; Verfahren für die Spezifizierung
allgem. Anforderungen
1998-10
DIN EN 10016-3 Walzdraht aus unlegiertem Stahl zum Ziehen und/oder Kaltwalzen
- Teil 3: Besondere Anforderungen an Walzdraht aus unberuhigtem und ersatzberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
1995-04
DIN EN 10002-1 Zugversuch- Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur 2001-12
DIN EN 10204 Metallische Erzeugnisse - Arten von Prüfbescheinigungen 2005-01
DIN EN 10218-2 Stahldraht und Drahterzeugnisse, Teil 2: Drahtmaße und Toleranzen 2012-03
DIN EN 10270-1 Stahldraht für Federn;
Teil 1: Patentiert- gezogener, unlegierter Federstahldraht
2012-01
DIN EN 12166 Drähte aus Kupfer und Kupfer-Knetlegierungen 2011-08
DIN EN 13601 Kupfer und Kupferlegierungen - Stangen und Drähte aus Kupfer für die allgemeine Anwendung in der Elektrotechnik 2002-10
DIN EN 13602 Kupfer und Kupferlegierungen – Gezogener Runddraht aus Kupfer zur Herstellung elektr. 2013-09
DIN EN 60264-2-1 Verpackung von Wickeldrähten –
Teil 2: Lieferspulen mit zylindrischem Kern;
Hauptabschnitt 1: Maße
2004-04
DIN EN 60068-2-20 Prüfungen- Prüfverfahren für Lötbarkeit und Lötwärmebeständigkeit von Bauelementen mit herausgeführten Anschlüssen 2009/02
DIN EN 60068-2-20
Berichtigung 1
s.o. (Änderung der Löttemperatur für die 2. Prüfschärfe) 2009/05
ASTM-Bezeichnung Titel Ausgabedatum
B 298 Silver-Coated Soft or Annealed Copper Wire 2009-02
B 355 Nickel-Coated Soft or Annealed Copper Wire 2009-05

Darüber hinaus liegen uns eine Vielzahl von Werksnormen verschiedener Unternehmen und vorangegangene Normen vor.

Aufmachungen

Maximale Flexibilität war von Anfang an die Basis für die Tätigkeit unseres Unternehmens. Im Laufe der Jahre sind alle nur erdenklichen Aufmachungen für Endlosmaterialien in unseren Anlagen verarbeitet worden. Stand in den 50er Jahren noch der Ring – also das reine Draht- oder Bandgebinde ohne zusätzlichen Träger – im Vordergrund, so sind es heute Spulen aus unterschiedlichsten Materialien und in unterschiedlichsten Formen.

Die am häufigsten verwendete Materialgruppe sind die Kunststoffe. Wir arbeiten bei der Auslieferung hier überwiegend mit Spulen, die der DIN EN 60264 folgen. Dabei bezeichnet die erste Zahl den Durchmesser der Spulenflansche in mm. Ein zweiter Wert bezeichnet die Breite der Spule. Sinnvolle Ergänzung ist im Einzelfall auch der Durchmesser der Bohrung. Vollständig bezeichnet wäre eine solche Kunststoffspule beispielsweise als K 500/350/127 (500 mm Spulendurchmesser, 350 mm breit mit einer Bohrung von 127 mm).

In der folgenden Tabelle sind übliche Maximalgewichte für Kupferwerkstoffe je Spule angegeben:

Bezeichnung Abmessungsbereich Maximale Gewichte
K 125/16 0,100-1,000 mm 3 kg
K 160/22 0,100-1,500 mm 8 kg
K 200/22 0,200-1,500 mm 12 kg
K 250/22 0,300-2,500 mm 20 kg
K 355/36 0,400-3,000 mm 45 kg
K 500/127 0,600-4,000 mm 90 kg
K 500/350/127 0,600-4,000 mm 150 kg

(andere Spulen: z.B. SD300K, Filmspulen oder K100 ebenfalls möglich)

Drähte mit hoher Festigkeit wie beispielsweise Bronze- und Stahldrähte sollten dabei bevorzugt auf größere Spulen gewickelt werden, um einen späteren Richtvorgang nicht unnötig zu erschweren.

Kunststoffspulen bilden bei uns zu großen Teilen ein Mehrwegsystem. Dabei senden Sie uns die Spulen unfrei zurück und bekommen den zuvor berechneten Preis gutgeschrieben. Hierdurch können unnötige Abfälle vermieden werden, was nicht zuletzt auch der Umwelt zugutekommt.

Für größere Mengen kommen die aus dem Drahtzug bekannten Metallspulen aus Stahl oder Aluminium in Frage, die teilweise auch als Glühspulen bezeichnet werden. Darüber haben wir unsere Wurzeln aber nie vergessen und liefern auch noch heute Material in Form von Ringen aus.

Korrosionsschutz

Korrosionsschutz durch Nickel

Das Wort Korrosion wurde aus dem lateinischen Wort „corrodere” für „zernagen” abgeleitet. Die DIN 50900 „Korrosion der Metalle”, Teil 1, beschreibt Korrosion als „die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines metallischen Bauteils oder eines ganzen Systems führen kann“.

Wird beispielsweise Eisen oder Stahl Umwelteinflüssen ausgesetzt, so setzt das bestens bekannte „Rosten”, also das Oxidieren des Eisens zu Eisenoxid, ein.

Um diesen chemischen Prozess zu verhindern, gibt es verschiedene Verfahren, die man allgemein als Korrosionsschutz bezeichnet.

Eines dieser Verfahren ist das galvanische Vernickeln, ein kathodisch wirksamer, passiver Korrosionsschutz. Dabei bildet die Nickelschicht eine Abdeckung, die verhindert, dass korrosiv aktive Substanzen wie z. B. Wasser und Sauerstoff mit dem Eisen in Berührung kommen. Dabei ist Nickel nicht nur korrosions-, sondern auch hitzebeständig, duktil und hat dekorative Eigenschaften.

Bei Raumtemperatur ist Nickel beständig gegen Luft, Wasser, nicht oxidierende Säuren (wie z. B. Salzsäure), Laugen und die meisten organischen Stoffe. Das Metall ist allerdings selbst nicht völlig gegen Korrosion gefeit. So kann verdünnte Salpetersäure Nickel durchaus auflösen. Es bildet sich jedoch unter bestimmten Bedingungen eine Passivierungsschicht aus Nickeloxid, die die Beständigkeit der Oberfläche weiter steigert.

Sperrschicht

Nickel wird bei der Verzinnung von Kupferdrähten und -bändern als Sperrschicht (Diffusionsbarriere) zur Vermeidung von Whiskern eingesetzt. Durch die Zwischenschicht können sich keine intermetallischen Phasen an der Kupfer-Zinn-Grenzschicht ausbilden, die als Auslöser für die Bildung von Whiskern identifiziert wurden. Alternativ hierzu ließe sich auch eine Silbersperrschicht einsetzen, die jedoch teurer ist.

Umweltschutz

Eine ökologisch sinnvolle Unternehmensführung ist im Laufe der letzten 25 Jahre immer mehr zu einer politischen, wirtschaftlichen und nicht zuletzt sogar technischen Notwendigkeit geworden. Zum einen trägt der Staat durch Reglementierungen dazu bei, in gesellschaftlich verantwortungsvoller Weise mit den bearbeiteten Ressourcen zu wirtschaften. Der Hauptanteil kann aber aus unserer Sicht nur aus dem Inneren des Unternehmens – also von den Menschen, die das Unternehmen bilden – kommen. Es ist eine Frage des Wollens und nicht des Müssens.

Dabei dürfen einerseits betriebliche Alltagszwänge das ökologisch Nötige nicht verhindern. Andererseits darf aber auch die ökologische Grundidee beherrschbare technische Prozesse nicht pauschal in Frage stellen, sondern muss gleichwertigen Abwägungen trotzen können.

Whisker

Die Bildung von sog. Whiskern (engl. whisker: Barthaar, Schnurrhaar) ist ein mögliches Problem bei der Verzinnung von Kupferdrähten. Als Whisker bezeichnet man sehr feine Zinn-Einkristalle mit einem Durchmesser von bis zu 1 µm und teilweise mehreren Millimetern Länge, die sich auf der Oberfläche spontan ausbilden können. Das Wachstum dieser Einkristalle ist diffusionskontrolliert und erfolgt teilweise extrem langsam, so dass sie sich beispielsweise im Verlauf von einigen Jahren ausbilden können. Gerade bei den immer kleiner werdenden Abständen der Kontakte in der Elektronik kann das Ausbilden schon relativ kleiner Whisker einen Kurzschluss zur Folge haben.

Die Bedingungen, unter denen sich Whisker bilden, waren und sind Thema verschiedener Abhandlungen. Dabei hat sich gezeigt, dass glänzende, matte und angeschmolzene Zinnschichten ein unterschiedliches Whiskerwachstum aufweisen. Auch die Zusammensetzung des zur Abscheidung verwendeten Elektrolyten hat einen Einfluss auf die Ausbildung der Einkristalle. Dabei ist die Gefahr der Whiskerbildung bei galvanisch abgeschiedenen und anschließend angeschmolzenen Reinzinnschichten am geringsten, bei galvanisch abgeschiedenen, matten Schichten gering und bei glänzenden Schichten am stärksten.

Dieser Abstufung gegenüber stehen jedoch die Anforderungen der Elektronikindustrie, die abriebbeständige Schichten mit einer geringen Tendenz zum Kaltverschweißen fordert. Auch wird die Kantenflucht bei umgeschmolzenen Steckverbindern aufgrund möglicher Korrosionsprobleme nicht immer akzeptiert. Hier ist besonders in den letzten Jahren eine verstärkte Nachfrage nach glänzenden Schichten festzustellen, bei der letztendlich wohl auch dekorative Aspekte eine Rolle spielen.

Aufgrund ihres optisch höherwertigen Eindrucks sind besonders im Bereich der Steckverbinder glänzende Reinzinnschichten von steigender Bedeutung. Dabei wird die Gefahr der Whiskerbildung entweder akzeptiert oder das Problem als beherrschbar angesehen.

Whisker entwickeln sich unter dem Einfluss mechanischer Kräfte in der Schicht und dürfen nicht verwechselt werden mit Oberflächenphänomenen oder Folgen der Elektromigration bzw. dem Einfluss von Feuchtigkeit oder ionischen Verunreinigungen.

Es sind vielerlei Whiskerformen bekannt. Sie können gerade, gekrümmt oder von unregelmäßiger knotiger Form sein. Der Mechanismus der Whiskerbildung ist inzwischen verstanden worden, so dass auch erfolgreiche Gegenmaßnahmen identifiziert und ergriffen werden können. Das Wachstum von Whiskern kann wie folgt verstanden werden und basiert auf verschiedenen bewiesenen Prämissen:

  • Die treibende Kraft für die Bildung von Whiskern sind Spannungen innerhalb der Zinnschicht
  • Matte Oberflächen sind nur sehr wenig von solchen Spannungen betroffen
  • Die Entwicklung von Spannungen hängt mit der unregelmäßigen Bildung von intermetallischen Phasen an der Kupfer-Zinn-Grenzfläche zusammen. Dies betrifft auch die Grenzfläche zwischen Zinn und Kupferlegierungen wie z. B. Bronze oder Messing 

Gegenmaßnahmen
Auf diesen Aussagen basierend, können verschiedene Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um die Bildung von Whiskern effektiv zu unterdrücken:

Anwendung von dichten Sperrschichten als Diffusionsbarriere für das Grundmaterial aus Messing und Bronze

  • Tempern des Materials, was zur Bildung einer intermetallischen Sperrschicht (IMC) führt
  • Aufbringen von sehr dicken Zinnschichten, wodurch die Spannungen in der Schicht auf ein akzeptables Niveau zurückgeführt werden können

So wird beispielsweise von Infineon empfohlen, entweder eine Silbersperrschicht von mindestens 2 µm aufzubringen, das Material nach der Beschichtung mindestens eine Stunde bei 150 ºC zu tempern oder die Beschichtung mit Mattzinn und mindestens 7,5 µm Auflage auszuführen.

In der Regel werden Whisker von maximal 50 µm Länge nach zwei Jahren Lagerung als technisch akzeptabel betrachtet. Eine allgemeine Folgerung aus den Ergebnissen umfangreicher Testreihen ist, dass weder Temperatur noch relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung das Wachstum der Whisker beeinflusst hat.

Vorzugsweise werden zur Substitution matte Reinzinnschichten für die Beschichtung im Kontaktbereich von Steckverbindern, für Einpressstifte und für den Lötanschlussbereich von Bauelementen verwendet. Im Vergleich zu Glanzzinn hat Mattzinn verschiedene Vorteile:

  • Geringere Neigung zur Whiskerbildung
  • Stabiler Kontaktwiderstand nach Alterung
  • Bessere Lötbarkeit nach Alterung
  • Bessere optische Erkennbarkeit (Konturenerkennung)
  • Größeres Prozessfenster bei der galvanischen Schichtabscheidung
RoHS/WEEE - Mindestlohn - CFSI

Waste from Electrical and Electronical Equipment (WEEE)

Die Abkürzung WEEE steht für Waste from Electrical and Electronical Equipment. Diese Richtlinie behandelt die Wiederaufbereitung, Sortierung und Verarbeitung von Produkten aus dem Bereich der Elektronik. In Europa werden über 90 % der elektrischen und elektronischen Altgeräte entsorgt. Dieser Berg summiert sich insgesamt zu über sieben Millionen Tonnen Schrott jährlich. Im Sinne einer verantwortlichen Behandlung der zur Verfügung stehenden Ressourcen werden diese Schrotte in Zukunft sachgerecht getrennt, sortiert und möglichst wiederverwendet. Die Staaten ziehen hierzu die Hersteller der innerhalb der EU verkauften Geräte zur Verantwortung

Restriction of certain Hazardous Substances (RoHS)

Die RoHS-Richtlinie (Restriction of certain Hazardous Substances) der Europäischen Union regelt darüber hinaus die Beschränkung der Verwendung gefährlicher Stoffe. Sie verbietet nach dem 01. Juli 2006 die Verwendung bestimmter Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten. Es geht u.a. um Blei (Pb).

Blei ist dabei nur einer von mehreren Stoffen, die durch die RoHS-Richtlinie verboten wurden. Obwohl in der Branche der Begriff „bleifrei” verwendet wird, bedeutet dies nicht, dass die RoHS-Richtlinie alleine durch das Ersetzen von Blei eingehalten wird. Dennoch ist für uns Blei die relevanteste Substanz dieser Richtlinie.

  • Lötanschlussbereiche von Bauelementen
  • Kontaktoberflächen von Steckverbindern
  • Schirmbleche
  • Stanzgitter etc.

Für uns und unsere Kunden hat sich eine Umstellung auf Reinzinn (glänzend oder matt) als optimale Oberfläche für Steck- und Lötprozesse herausgestellt. Zur wirksamen Unterdrückung der Whiskerbildung empfehlen wir in jedem Fall eine vorherige Unternickelung (im Einzelfall auch Unterkupferung z. B. bei Bronzen) des Grundmaterials und/oder Reflow der Zinnoberfläche.