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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. Aus löttechnischer Sicht sind sie zu den alkoholbasierten Flussmitteln gleichwertig.

Aufgrund dieser Vorteile entwickelte die Emil Otto GmbH im Rahmen ihrer Green-Line-Serie ein wasserbasierendes Flussmittel für das Selektivlöten. Die VOC-freie Serie wurde erstmals zur SMT 2015 vorgestellt und umfasst verschiedene Flussmittel auf Wasserbasis zum Wellenlöten. Auf Grund dessen, dass die Nachfrage nach ökologischen Flussmitteln innerhalb dieses Jahres anstieg, entschied sich die Emil Otto GmbH, das Angebot der wasserbasierenden Flussmittel zu vervollständigen. Da die Selektivanwendung immer stärker zum Einsatz kommt, wollte das Unternehmen ein unter Praxisbedingungen erprobtes wasserbasierendes Selektivflussmittel anbieten.

Keine Feuchtigkeitsreste auf Leiterplatte

«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 Grad, sind also leicht entzündlich. Daraus resultieren Vorteile in der Fertigung, dem Transport, der Lagerung und Handhabung, da diese Produkte keiner Gefahrgutklassifizierung unterliegen.

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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.

Anlagenkonzept

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 ansteuerbaren 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 Tests musste jedoch erst einmal der Referenzwert in einer Grundeinstellung erfasst werden.

Vergleichsversuche

Hierzu wurden die Anlagenparameter bezüglich der Testplatine HAL und des EO-Flussmittels «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 gemäss ISO 9454, von Emil Otto entwickelt. Dieses halogenfreie Flussmittel erfüllt bezüglich des Oberflächenwiderstandes alle bereits oben beschriebenen Kriterien.

Selektivlöten: Gute Ergebnisse auf verschiedenen Maschinen

In Abhängigkeit vom Maschinentyp wurden nach der Vorheizung auf der Leiterplattenoberseite Temperaturen von 90 bis 130 Grad 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 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. Diese Produktlücke haben wir nun geschlossen.» -mei- SMM

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