Wasserbasierendes Flussmittel für das Selektivlöten

Wasserbasierende Flussmittel gelten in vielen Bereichen zu Unrecht noch immer als problematisch. Dabei haben sie in der Praxis vielfach ihre guten Eigenschaften im Lötprozess unter Beweis gestellt. Eine Gleichwertigkeit zu den alkoholbasierten Flussmitteln besteht aus löttechnischer Sicht allemal. Darüber hinaus sind sie umweltfreundlich, da VOC-frei. Aus diesem Grund entwickelte die Emil Otto GmbH im Rahmen ihrer Green-Line-Serie ein wasserbasierendes Flussmittel für das Selektivlöten, das auf der SMT Hybrid Packaging 2016 (7A, Stand 505) erstmalig vorgestellt wird.

Die Green-Line-Serie umfasst bisher verschiedene Flussmittel auf Wasserbasis zum Wellenlöten. Aufgrund der hohen Nachfrage entschied sich das Unternehmen, das Angebot der wasserbasierenden Flussmittel zu vervollständigen. Da die Selektivanwendung immer stärker zum Einsatz kommt, wollte Emil Otto ein unter Praxisbedingungen erprobtes wasserbasierendes Selektivflussmittel anbieten. „Die Vorteile dieser umweltfreundlichen Flussmittel liegen auf der Hand“, erklärt Markus Geßner, Prokurist der Emil Otto GmbH. Auf Wasser basierende Flussmittel sind nicht brennbar. Alkohole dagegen haben einen Flammpunkt von 12 °C, sind also leicht entzündlich. Daraus resultieren Vorteile in der Fertigung, dem Transport, der Lagerung und Handhabung, da diese Produkte keiner Gefahrgutklassifizierung unterliegen. Mit Anlagenherstellern prüfte das Unternehmen verschiedene Möglichkeiten. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Vorheizung. Der Flussmittelaufbau und die Gerätekonfiguration mussten sicherstellen, dass zum Zeitpunkt der Lötung die Leiterplatte trocken war, das Flussmittel ausreichend Aktivität aufwies und keine Feuchtigkeitsreste auf der Leiterplatte verblieben.

Auf Grund dieser Vorgaben wurde ein Anlagenkonzept ausgewählt. Die Flussmitteldosierung erfolgte über Drop-Auftrag. Mittels Vordruck, der Transportgeschwindigkeit und der Düsenöffnungszeit kann die Flussmittelmenge genau dosiert werden. Als Lot kamen in der Testphase sowohl silberhaltige als auch silberfreie Standardlegierungen zum Einsatz. In einem gesondert ansteuerbareren Vorheizbereich, der mit Infrarotstrahlern ausgerüstet war, konnte die Verweilzeit und Strahlenintensität gesteuert werden. Gemessen wurde die Temperatur an der Leiterplattenoberseite nach Abschluss der Vorheizphase.

Als Miniwelle kamen in der Testphase sowohl aktivierte als auch einseitig ablaufende Düsenaufsätze zum Einsatz. Die Miniwellen waren darüber hinaus stickstoffumflossen. Für die Testdurchläufe wurde eine Euro-Testleiterplatte der Emil Otto GmbH mit HAL, chemisch Zinn und Nickel-Gold genutzt. Zu Beginn der Test musste jedoch erst einmal Referenzwert in einer Grundeinstellung erfasst werden. Hierzu wurden die Anlagenparameter bezüglich der Testplatine HAL und dem EO-Flussmittel RS-4004, Typ 2.2.3.A, ermittelt. Dieses alkoholbasierende Flussmittel erfüllt die Anforderungen gemäß DIN EN 61 190 1 1 und auch die Anforderungen des EO-Haustests, basierend auf Untersuchungen des Fraunhofer Institutes Oberpfaffenhofen zum SIR-Verhalten nicht thermisch belasteter Flussmittelrückstände. Die so gewonnenen Anlagenparameter bezüglich der Flussmittelmenge, der Vorheizungsverweilzeit und der Strahlenintensität, der Höhe und der Verweilzeit der Miniwelle sowie des Stickstoffstroms an der Miniwelle wurden als Grundeinstellung und Referenz festgelegt. Auf eine Optimierung wurde bewusst verzichtet. Im Anschluss wurden mit verschiedenen alkoholbasierenden und teilwässrigen Flussmitteln Vergleichsversuche gefahren. Die Ergebnisse wiesen nur geringe Schwankungen auf. Danach erfolgte unter gleichen Bedingungen die Erprobung eines wasserbasierenden VOC-freien Flussmittels. Hierfür wurde das wasserbasierende Flussmittel EO-G-001, klassifiziert nach DIN EN 61190-1-1: OR/L0 bzw. Typ 2.1.3.A gem. ISO 9454, von Emil Otto entwickelt. Dieses halogenfreie Flussmittel erfüllt bezüglich des Oberflächenwiderstandes alle bereits oben beschriebenen Kriterien.

In Abhängigkeit vom Maschinentyp wurden nach der Vorheizung auf der Leiterplattenoberseite Temperaturen von 90 °C bis 130 °C gemessen. Die Leiterplatten waren trocken, wie bei den Vergleichsversuchen mit nicht-wasserbasierenden Flussmitteln. Durch die Oberflächenspannung des Wassers war die Flussmittelausbreitung flächig geringer als bei den alkoholbasierenden Flussmitteln. Der Durchstieg und die Pad-Benetzung wurden nicht negativ beeinflusst und die Lötergebnisse waren mehr als zufriedenstellend. Die Sauberkeit war gleich gut und zum Teil besser als bei den alkoholbasierenden Flussmitteln. „Mit dem wasserbasierenden Emil Otto-Flussmittel EO-G-001 konnten sehr gute Ergebnisse beim Selektivlöten auf verschiedenen Maschinen unterschiedlichster Hersteller erreicht werden. Sowohl die Lötergebnisse als auch die Sauberkeit der Leiterplatte waren sehr gut. Somit bieten wir unseren Anwendern in unserem Green-Line-Sortiment sowohl wasserbasierende Flussmittel für die Wellen- als auch für die Selektivlötung an“, fasst Geßner zusammen.