Überlegungen zu Flussmitteln und Lotpasten für bleifreie Lötvorgänge

Umstellung auf bleifreie Prozesse

Bleifreie Flussmittel in Lotpasten, Flüssigmitteln für das Wellenlöten, Gels und Massivdrahtlot sind heute bereits auf dem Markt. Bei der Entwicklung dieser Flussmittelsysteme ging es vor allem darum, den Lötvorgang zu verbessern. Die Flussmittel sollten die Benetzungseigenschaften des Lots verbessern und die für bleifreie Baugruppen erforderliche höhere Wärmebeständigkeit des Lots gewährleisten.

Mit den herkömmlichen in Zinn/Blei-Legierungen verwendeten Flussmitteln kann die geringere Benetzungsgeschwindigkeit bleifreier Legierungen und die bei bleifreien Loten erforderliche höhere Temperatur meist nicht ausgeglichen werden. Speziell für bleifreie Lötvorgänge entwickelte Flussmittelsysteme müssen neue Aktivierungspakete und hitzebeständigere Gelier- und Benetzungssubstanzen enthalten, damit keine Lötfehler auftreten.

Aufgrund der langsameren Benetzung und der höheren Oberflächenspannung vieler bleifreier Legierungen, kann durch die Auswahl des entsprechenden Flussmittels verhindert werden, dass mehr Lötfehler auftreten oder es zu Einbußen bei der Produktion kommt.

Die typischen Fehler, die bei der Umstellung auf bleifreie Baugruppen vermehrt auftreten können, sind im Folgenden detailliert aufgeführt. Durch die Auswahl des richtigen Flussmittels und die geeignete Prozesssteuerung lassen sich diese Fehler vermeiden.

• Potenzielle Häufung von Fehlern - Bleifreie SMT-Baugruppen
  • Brückenbildung - Paste mit geringer Volumengenauigkeit bei hohen Temperaturen
  • Lotkugelbildung - Paste mit geringer allgemeiner Volumengenauigkeit
  • Grabsteineffekte - Thermische Unterschiede des Basismaterials
  • Keine Benetzung - Zu starkes Vorheizen oder falsche Flussmittelaktivität
  • Schlechte Benetzung - Zu wenig Flussmittelaktivität oder zu starkes Vorheizen
  • Lunkerbildung - Zu kurzes Temperaturprofil oder falsche chemische Zusammensetzung des Flussmittels
  • Lötperlenbildung - Paste mit geringer Volumengenauigkeit bei hohen Temperaturen oder zu starkes Vorheizen
  • Potenzielle Häufung von Fehlern - Bleifreies Wellenlöten
  • Brückenbildung - Flussmitteldeaktivierung beim Vorheizen oder bei Kontakt mit dem Lot
  • Zapfenbildung - Zu geringe Flussmittelaktivität oder zu hohe Vorheiztemperatur
  • Lotkugelbildung - Unzureichendes Vorheizen oder Unverträglichkeit zwischen Flussmittel und Lötstoppmaske
  • Unzureichende Unterfüllung von Hohlräumen - Zu geringe Flussmittelaktivität, zu geringer Festkörperanteil, zu hohe Vorheiztemperatur oder zu geringe Kontaktzeit mit geschmolzenem Lot

• Anforderungen für bleifreie Flussmittel:
  • Geringe Aktivierungstemperatur
  • Gute Haltbarkeitsdauer
  • Hohe Aktivierungsstufe
  • Hohe Zuverlässigkeit
  • Unproblematische Rückstände bzw. Rückstände, die sich leicht mit Wasser entfernen lassen, wenn es sich um eine wasserlösliche Paste handelt

• Weitere Überlegungen zu bleifreien Flussmitteln :
  • Wird die Paste in einer Dispenser- oder einer Druckanlage verwendet?
  • Beachten Sie, dass die einzelnen Hersteller für die verschiedenen Legierungen auch unterschiedliche Aktivierungssubstanzen verwenden.
  • Wählen Sie das Flussmittel sorgfältig aus, um die Aktivierungstemperatur gut auf das thermische Profil abzustimmen.
  • Wie ist die Kompatibilität des Flussmittels mit der ausgewählten Legierung einzuschätzen?
  • Wie ist das Flussmittel in Bezug auf die Zuverlässigkeit einzuschätzen (Oberflächenisolationswiderstand, Kriechströme, Korrosion)?

Überlegungen zu bleifreier Lotpaste

• WichtigeAuswahlkriterien:
  • Verhalten beim Lotkugeltest
  • Verhalten beim Benetzungstest; Test mit verschiedenen Beschichtungen und in verschiedenen Lötumgebungen (Luft oder Stickstoff)
  • Neigung zur Lunkerbildung; bleifreie Legierungen neigen stärker zur Lunkerbildung
  • Klebezeit
  • Schablonenstandzeit und Verhalten bei Druckpausen
  • Volumengenauigkeit bei niedrigen Temperaturen
  • Volumengenauigkeitstest für höhere Temperaturen (180-185°C)
  • Haltbarkeitsdauer

• Test der Eigenschaften beim Gebrauch:
  • Druckbarkeit
    • Pause/Fortsetzen
    • Druckgeschwindigkeit
    • Alterungsbeständigkeit
  • Bauteilmontage
    • Rückzug zum Lötpunkt
  • Reflow
    • Prüfen Sie die Lötstellen auf verschiedenen Leitungs- und Leiterplattenbeschichtungen.

• Nach dem Reflow zu prüfende Eigenschaften
  • Drastische Temperaturveränderungen
  • Temperaturwechsel
  • Beständigkeit gegenüber Belastungen
  • Zuverlässigkeit (Oberflächenisolationswiderstand)

Technische Überlegungen zu Flussmitteln beim Wellenlöten bleifreier Baugruppen

• Gleichmäßige Verteilung beim Auftragen in Sprüh-, Wellenlöt- oder Schaumanwendungen
• Aktivierungspaket für höhere Vorheiztemperaturen geeignet
• Für eine Vielzahl bleifreier Beschichtungen wie Kupfer-OPS, Sudgold/Nickel, Sudzinn, Sudsilber, Zinn/Kupfer geeignet
• Anhaltende Aktivität. Das Flussmittel muss während der gesamten Kontaktzeit mit dem geschmolzenen Lot aktiv bleiben und eine gute Auslösung des Lots gewährleisten.
• Geringe Krätzebildung. Das Flussmittel darf nicht zu stark mit dem geschmolzenen Lot reagieren, so dass es zur vermehrten Bildung von Krätze kommt.
• Das Flussmittel darf sich bei den beim bleifreien Wellenlöten erforderlichen höheren Temperaturen weder verfärben noch verschmoren.
• Das Flussmittel darf sich aufgrund der hohen Löttemperaturen nicht zersetzen.
• Die Flussmittelrückstände müssen unproblematisch sein, d. h., es sollte sich um ein No-Clean-Flussmittel oder ein wasserlösliches Flussmittel handeln, dessen Rückstände sich mit heißem Wasser leicht entfernen lassen.

Technische Überlegungen für bleifreies Massivdrahtlot mit Kern

• Das Flussmittel darf bei den beim bleifreien Löten erforderlichen geringfügig höheren Temperaturen keine starken Spritzer oder intensive Rauchbildung verursachen.
• Die Aktivierungssysteme des Flussmittels müssen sich für Lötvorgänge bei einer Vielzahl von bleifreien Oberflächen und Beschichtungen von Basismaterialien bzw. Bauteilen eignen.
• Die Flussmittelaktivität muss während des Lotkontakts ausreichend stark sein und über die gesamte Kontaktzeit konstant bleiben, um die schlechteren Benetzungseigenschaften bleifreier Legierungen auszugleichen.
• Die Flussmittelrückstände müssen bei No-Clean-Flussmitteln unproblematisch sein und sich bei wasserlöslichen Flussmitteln für Kernlote leicht mit heißem Wasser entfernen lassen.
• Rückstände dürfen sich bei den etwas höheren Lötkontakttemperaturen weder verfärben noch verschmoren.