WSP 2006
Interflux ® WSP 2006 ist eine absolut halogenfreie Lotpaste mit wasserlöslichen Rückständen mit geringer Korrosionswirkung nach dem Löten. Die Rückstände von WSP 2006 müssen gereinigt werden.
Geeignet für
-
Der Schablonendruck ist die am häufigsten verwendete Methode zum Auftragen von Lotpaste auf die Pads einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) in der SMT-Fertigungslinie (Surface Mount Technology) in der Elektronikfertigung. Nach dem Schablonendruck werden die SMD-Bauteile (Surface Mount Device) mit ihren lötbaren Anschlüssen auf die Lotpaste bestückt und die Leiterplatte wird durch einen Reflowofen transportiert, wo die Bauteile mit der Leiterplatte verlötet werden. Der Schablonendruck kann auch zum Auftragen von Lotpaste in Durchkontaktierungen für die 'Pin-in-Paste'- Technologie (PiP, Intrusive Reflow) verwendet werden, wo durchkontaktierte Bauteile im Reflowlötverfahren gelötet werden. Der Schablonendruck kann auch verwendet werden, um SMT-Kleber auf die Leiterplatte aufzutragen. Die SMD-Bauteile werden mit ihrem Körper auf den Kleber gelegt, der in einem Reflowofen ausgehärtet wird. Danach werden die auf die Leiterplatte geklebten SMD-Bauteile in einem Wellenlötverfahren gelötet. Die Leiterplatte wird gegen eine Schablone gedruckt, die mit Öffnungen versehen ist, in die die Lotpaste gerakelt werden muss. Auf der Schablone befindet sich ein Volumen an Lotpaste. Ein Rakel wird mit einem bestimmten Druck auf die Schablone gesenkt. Die Rakel bewegt sich mit einer bestimmten Druckgeschwindigkeit über die Schablone. Dadurch rollt die Lotpaste in die Öffnungen. Die Druckgeschwindigkeit kann durch den gewünschten Durchsatz bestimmt werden was typisch ist Fertigungen mit hohem Durchsatz, aber sie kann auch durch die verwendete Lotpaste begrenzt werden. Diese Geschwindigkeit kann von 20-150 mm/s variieren. Sobald die gewünschte Geschwindigkeit festgelegt ist, muss ein Rakeldruck für diese Druckgeschwindigkeit bestimmt werden. Höhere Geschwindigkeiten erfordern höhere Rakeldrücke. Der richtige Druck ist der Mindestdruck, der erforderlich ist, um nach dem Druck eine saubere Schablone zu erhalten, d.h. alle überschüssige Lotpaste wurde durch den Rakel entfernt. Die Leiterplatte wird vertikal von der Schablone wegbewegt, die Lotpaste löst sich von der Schablone und die Pads der Leiterplatte haben Lotpastendepots. Ziel ist es, ein gut definiertes Druckergebnis zu erzielen, bei dem sich die gesamte Lotpaste von der Schablone gelöst hat und keine Lotpaste zwischen Schablone und Leiterplatte gepresst wurde. Das Ablösen der Lotpaste ist bei kleineren Öffnungen und dickeren Schablonen selbstverständlich schwieriger. Einige Designregeln besagen, dass das Verhältnis zwischen der Oberfläche der Öffnung und der Oberfläche der Seiten ('Wände') der Öffnung vorzugsweise nicht kleiner als 0,6 sein sollte. Die Qualität der Schablone ist ein wichtiger Parameter für eine gute Pastenauslösung. An rauen Seiten haftet die Lotpaste eher. Es gibt verschiedene Arten von Schablonen. Die beliebteste ist die Edelstahlschablone mit lasergeschnittenen Öffnungen, die anschließend durch einen chemischen Prozess geglättet werden. Manchmal werden sie mit einer Beschichtung behandelt, damit die Paste besser auslöst. Die Hauptgründe für das Lotpaste zwischen Schablone und Leiterplatte gedruckt wird sind eine schlechte Abdichtung zwischen Leiterplatee und Schablone oder ein zu hoher Druck für die verwendete Druckgeschwindigkeit. Dies kann nach dem Reflow zu Lötperlen oder Brückenbildung führen. Einige Druckmaschinen verfügen über eine automatische Schablonenunterseitenreinigungseinheit die so programmiert werden kann, dass sie die Schablone nach einer bestimmten Anzahl von Drucken reinigt. Dadurch wird ein stabiles Druckergebnis erzielt. Es ist ratsam, in diesen Geräten keine Reinigungsflüssigkeiten auf IPA- oder Wasserbasis zu verwenden, da sie die Stabilität der Lotpaste beeinträchtigen können. Die Verwendung von Produkten, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden, ist ratsam. Die Stabilität der Lotpaste auf der Schablone, d.h. wie gut die Lotpaste ihre Druckeigenschaften im Laufe der Zeit behält, ist ebenfalls ein Parameter für einen stabilen Druckprozess. Einige Druckmaschinen verfügen über eine integrierte AOI (Automatische Optische Inspektion), die das Druckergebnis überprüft und einen Alarm auslöst, wenn es von den programmierten Sollwerten abweicht. Auf diese Weise wird vermieden, dass elektronische Geräte mit Lötstellen produziert werden, die nicht dem guten Standard entsprechen.
-
Dosieren (Dispensen) ist eine Technologie, die in der Elektronikfertigung verwendet wird, um Lotpaste (oder einen Klebstoff) aus einer Spritze auf eine Leiterplatte (PCB) aufzutragen. Dispensen ist eine flexiblere Methode zum Auftragen von Lotpaste als der Standard-Schablonendruck, da es das selektive Auftragen von Lotpaste auf einer Oberfläche mit vormontierten Bauteilen ermöglicht. Das Dispensen ist jedoch ein viel langsamerer Prozess als der Schablonendruck und eignet sich nicht für große Produktionsmengen. Deshalb wird es vor allem zum Auftragen von zusätzlicher Lotpaste in einer SMT-Fertigungsstraße (Surface Mount Technology) verwendet, aber auch für Nacharbeit und Reparatur sowie beim Prototyping. Die Dosierung kann manuell oder automatisch erfolgen. Bei Nacharbeit und Reparatur erfolgt dies in der Regel manuell mit einem System, das den Stößel der Spritze mit Druckluft beaufschlagt und die Lotpaste durch eine Nadel herausdrückt. Es kann aber auch von Hand mit einer Spritze mit manuellen Stößel durchgeführt werden. Bei automatisierten Prozessen, wie z.B. in einem eigenständigen Dosieranlage in einer SMT-Fertigungsstraße oder in einem Dispenser der in einem Schablonendrucker eingebaut ist , gibt es zwei Hauptsysteme, um die Lotpaste aus der Spritze zu drücken: Luftdruck und die Archimedes-Schraube. Luftdrucksysteme sind in der Regel preiswerter, aber die volumetrische Stabilität der Lotpastendepots ist etwas schwieriger zu kontrollieren, insbesondere wenn die Spritze fast leer ist und ein größeres Volumen an Druckluft in Kombination mit weniger Material in der Spritze vorhanden ist, das durch diesen Luftdruck bewegt werden muss. Systeme mit der Archimedes-Schraube sind in der Regel stabiler und schneller. Je nach Qualität der Lotpaste können sie jedoch empfindlich sein an einige sehr feine Partikel der Lotpaste, die zwischen der Archimedes-Schraube und den Seitenwänden eingeklemmt werden können, und die Nadel, aus der die Lotpaste austritt, blockieren können. Je kleiner und länger die Nadel ist, desto höher ist das Risiko einer Nadelblockierung. Die Nadelgröße wird entsprechend der Größe des gewünschten Lotdepots gewählt. Die Korngröße der Lotpaste wird entsprechend dieser Nadelgröße gewählt. Im Allgemeinen kann eine Typ 3 Lotpaste für Nadeln mit einem Innendurchmesser von größer als und bis zu 0,5 mm verwendet werden, eine Typ 4 Lotpaste für Nadeln mit einem Innendurchmesser von bis zu 0,25 mm, eine Typ 5 Lotpaste für Nadeln mit einem Innendurchmesser von bis zu 0,15 mm. Die Dosierleistung einer Lotpaste kann sich von einer zum anderen in Bezug auf die volumetrische Stabilität und die Empfindlichkeit gegenüber Nadelblockierung unterscheiden. Wenn eine Spritze mit Lotpaste zu lange, zu warm oder zu kalt gelagert wurde, kann sich dies ebenfalls auf die Dosierleistung auswirken. Wie stark sich Zeit und Temperatur auf die Dosierleistung auswirken, kann auch von einer Lotpaste zur anderen variieren. Lotpaste zum Dosieren kann in verschiedenen Arten von Spritzen erhältlich sein, abhängig von der Maschine für die sie benötigt wird. Die Spritzen können auch mit verschiedenen Arten von Stößeln erhältlich sein, die von der Viskosität der zu dosierenden Lotpaste abhängen. Die Standardgrößen für Spritzen sind 5CC, 10CC und 30CC.
-
Das Reflowlöten ist das am häufigsten verwendete Lötverfahren in der Elektronikfertigung. Hauptsächlich SMD-Bauteile (Surface Mount Device), aber auch einige durchkontaktierte Bauteile werden in einem Reflowofen mit einer Lotpaste auf eine Leiterplatte (PCB) gelötet. Der Reflowofen ist in der Regel ein Konvektionssofen, aber auch Dampfphasen- und IR-Öfen sind möglich. Der erste Schritt des Prozesses ist das Auftragen von Lotpaste auf die Pads der Leiterplatte oder im Falle von Durchkontaktierten Bauteilen in die Durchkontaktierung. Das letzte wird als 'Pin-in-Paste' (PiP) oder 'Intrusive Reflow' bezeichnet. Die meist verwendete Auftragsmethode ist der Schablonendruck, aber auch Dosieren (Dispensen) und Lotpasten-Jetten sind möglich. Je nach Auftragsmethode hat die Lotpaste eine andere Konsistenz und wird in einer anderen Verpackung geliefert. Lotpaste ist eine Mischung aus Lotpulver und einem Gel-Flussmittel. Die Konsistenz der Paste hängt von der Art des Flussmittelgels und des Pulvertyps ab und davon, in welchem Verhältnis sie gemischt werden. Das Lotpulver besteht aus einer bestimmten Lotlegierung und hat eine bestimmte Korngröße (Verteilung). Eine feinere Körnung wird für Bauteilen mit kleinerem Pitch (Abstand zwischen den Anschlüssen) und kleinere Schablonenöffnungen verwendet. Auch beim Dispensen und noch mehr beim Jetten sind feinere Körnungen erforderlich. Das Flussmittelgel enthält Substanzen zur desoxidation der zu lötenden Oberflächen. Es enthält auch Substanzen, die die Konsistenz und das Verhalten der Lotpaste im Prozess zum großten Teil bestimmen. Beim Schablonendruck von Lotpaste ist ein wichtiger Parameter, dass die Lotpaste ihre Druckeigenschaften während der Zeit, in der sie sich auf der Schablone befindet, behält. Dies wird oft als die Stabilität der Lotpaste bezeichnet. Die Stabilität der Lotpaste ist schwer zu quantifizieren, kann aber anhand der Schablonenstandzeit, die man im technischen Datenblatt findet, geschätzt werden. Nach dem Auftragen der Lotpaste werden die SMD-Bauteile mit ihren lötbaren Anschlüssen auf die Lotpaste bestückt. In den meisten Fällen wird dies mit einer Bestückungsmaschine (Pick-and-Place-Maschine) durchgeführt. Die Lötpaste muss genügend Haftkraft haben, um die Bauteile bis zum Löten an ihrem Platz zu halten. Ein Förderband transportiert die Leiterplatte durch einen Reflowofen, wo die Leiterplatte einem Reflowprofil unterzogen wird. Dieses Profil wird durch die Temperatureinstellungen der verschiedenen Konvektionszonen erzeugt. Diese sind normalerweise sowohl von oben als auch von unten angeordnet. Neben den Temperatureinstellungen kann in einigen Fällen auch die Konvektionsrate der Zonen programmiert werden, um eine bessere oder geringere Wärmeübertragung zu erreichen oder wenn einige hohen Bauteilen zu viel Kraft durch die Konvektion empfinden. Ziel ist es, alle Bauteile auf die Löttemperatur, die durch die verwendete Lotlegierung bestimmt wird, zu bringen, ohne dass temperaturempfindliche Bauteilen beschädigt oder überhitzt werden. Dies kann bei Baugruppen mit einer großen Vielfalt an großen und kleinen Bauteilen oder einer ungleichmäßigen Cu-Verteilung auf der Leiterplatte eine Herausforderung sein. In dieser Hinsicht begrenzt eine niedrigschmelzende Lotlegierung das Risiko einer Beschädigung oder Vorschädigung von Bauteilen und Leiterplatten erheblich. Die Geschwindigkeit des Förderbandes bestimmt die Zeit des Profils und den Durchsatz des Ofens. In den meisten Fällen wird der Durchsatz jedoch durch den Bestückungsprozess begrenzt. Nicht alle elektronischen Bauteile sind für das Reflowlöten geeignet. Einige aufgrund ihrer thermischen Masse wie z.B. große Transformer oder andere aufgrund ihrer thermischen Empfindlichkeit wie z.B. einige Displays, Stecker, Relais, Sicherungen,... Diese Bauteilen sind in der Regel als Durchkontaktierte Bauteilen erhältlich und werden in anderen Verfahren wie Selektivlöten, Wellenlöten, Handlöten, Roboterlöten, Laserlöten,... gelötet.
Die wichtigsten Vorteile
-
Kolophonium, auch 'Rosin' genannt, ist eine aus Bäumen gewonnene Substanz, die üblicherweise in Lötflussmitteln verwendet wird. Es kann sowohl in flüssigen Flussmitteln als auch in Gel-Flussmitteln verwendet werden. Kolophoniumhaltige Flussmittel sind in der IPC-Klassifizierung an der Bezeichnung 'RO' zu erkennen. Kolophonium bietet im Allgemeinen ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur, hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, die von der Anwendung abhängen, für die das kolophoniumhaltige Flussmittel verwendet wird. Bei flüssigen Flussmitteln für das Wellen- und Selektivlöten besteht durch das Kolophonium ein erhöhtes Risiko, dass die Düse von Sprüh- und Jet-Fluxsystemen verstopft, was zu einem höheren Wartungsaufwand und einem höheren Risiko schlechter Lötergebnisse führt. Die Rückstände eines kolophoniumhaltigen Flussmittels in der Lötmaschine und auf den Werkzeugen und Trägern lassen sich nur schwer entfernen, so dass in der Regel ein lösungsmittelhaltiger Reiniger erforderlich ist. Wenn das kolophoniumhaltige Flussmittel versehentlich auf die Kontakte eines Steckverbinders oder auf Kontaktkammstrukturen wie bei einer Fernbedienung oder in elektromechanischen Kontaktoren/Relais/Schaltern gelangt, führt dies bekanntermaßen zu Kontaktproblemen und Fehlfunktionen der elektronischen Baugruppe im Feld. Darüber hinaus können die Rückstände des Flussmittels, die auf der Platine verbleiben, zu Kontaktproblemen bei elektrischen Tests ( ICT= In Circuit Testing) führen, was zu Verzögerungen in der Produktion aufgrund von falschen Messfehlern führen kann. Dies erfordert in der Regel eine Reinigung der Leiterplatte und/oder der Teststifte. Diese teuren Teststifte sind fragil und empfindlich und können durch die Reinigung beschädigt werden. Außerdem ist bekannt, dass die Rückstände eines Kolophonium-Flussmittels auf Dauer nicht mit Schutzlacken kompatibel sind. Die Kolophoniumrückstände bilden eine Trennschicht zwischen der Leiterplatte und dem Schutzlack, die mit der Zeit zu einer Ablösung des Schutzlackes und auch zu Rissen führen kann, insbesondere wenn die Elektronische Baugruppe vielen Temperaturzyklen (Aufwärmen und Abkühlen) ausgesetzt ist. Aus diesen Gründen werden für das Wellen- und Selektivlöten in der Regel Flussmittel ohne Kolophonium und mehr spezifisch Flussmittel der 'OR'-Klasse verwendet. Kolophonium kann auch in Lötdrähten verwendet werden. Obwohl das Kolophonium ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur bietet, ist es sehr empfindlich gegenüber Verfärbungen, wenn es erhitzt wird. Die Verfärbung hängt von der Art des Kolophoniums und der Temperatur ab, die es gesehen hat. Da die Lötspitzentemperaturen in der Regel recht hoch sind, führt das Kolophonium im Lötdraht zu einer ziemlich starken visuellen Rückstandsbildung um die Lötstellen. Dadurch unterscheiden sie sich von den anderen Lötstellen, vom Reflow-, Wellen- und Selektivlöten. Wenn dies nicht erwünscht ist, muss ein Reinigungsvorgang durchgeführt werden. Außerdem gelten die Dämpfe eines kolophoniumhaltigen Lötdrahtes als gefährlich. Eine Rauchgasabsaugung ist obligatorisch, aber sowieso immer ratsam für jeden Handlötvorgang. Kolophoniumhaltige Drähte werden immer noch häufig verwendet, aber kolophoniumfreie Lötdrähte und insbesondere Lötdrähte der 'RE'-Klassifizierung gewinnen zunehmend an Bedeutung. Kolophonium wird auch in Lotpasten verwendet. Es bietet nicht nur ein gutes Prozessfenster in Bezug auf Zeit und Temperatur, sondern sorgt auch für eine gute Stabilität der Lotpaste auf der Schablone. Dies ermöglicht einen stabilen Druckprozess und damit stabile Lötergebnisse und Fehlerquoten. Die Verfärbung des Kolophoniums beim Reflowlöten ist nicht so ausgeprägt wie bei einem Lötdraht, da die Temperaturen beim Reflowlöten niedriger sind als beim Handlöten. Dennoch haben die Kolophoniumrückstände schlechte Kompatibilität mit Schutzlack und können mit der Zeit nach thermischen Zyklen Risse oder Ablösungen des Schutzlackes zeigen. Obwohl die meisten Hersteller den Schutzlack über den Lotpastenrückständen auftragen, ist es für optimale Ergebnisse ratsam, die Lotpastenrückstände zu entfernen. Angesichts der oben beschriebenen Vorteile von Kolophonium enthalten die meisten Lotpasten Kolophonium.
-
Absolut halogenfreie Lötchemie enthält weder absichtlich hinzugefügte Halogene noch Halogenide. Die IPC-Klassifizierung erlaubt bis zu 500 ppm Halogene für die niedrigste 'L0'-Klassifizierung. Flussmittel, Lotpasten und Lötdrähte aus dieser Klasse werden oft als 'halogenfrei' bezeichnet. Absolut halogenfreie Lötchemie geht noch einen Schritt weiter und enthält diese 'erlaubte' Menge an Halogenen nicht. Insbesondere in Kombination mit bleifreien Lotlegierungen und bei empfindlichen elektronischen Anwendungen gibt es Berichte dass diese geringen Mengen an Halogenen zu Zuverlässigkeitsproblemen wie z.B. zu hohen Leckströmen geführt haben. Halogene sind Elemente aus dem Periodensystem wie Cl, Br, F und I. Sie haben die physikalische Eigenschaft, dass sie gerne reagieren. Das ist aus Sicht der Lötchemie sehr interessant, denn sie soll Oxide von den zu lötenden Oberflächen entfernen. Und in der Tat erfüllen Halogene diese Aufgabe sehr gut. Selbst schwer zu reinigende Oberflächen wie Messing, Zn, Ni,... oder stark oxidierte Oberflächen oder degradiertes I-Sn und OSP (Organische Schutzschicht) können mit Hilfe von halogenhaltigen Flussmitteln gelötet werden. Halogene bieten ein großes Prozessfenster für die Lötbarkeit. Das Problem ist jedoch, dass die Rückstände und Reaktionsprodukte von halogenhaltigen Flussmitteln für elektronische Schaltungen problematisch sein können. Sie haben in der Regel eine hohe Hygroskopizität und eine hohe Wasserlöslichkeit und bergen ein erhöhtes Risiko für Elektromigration und hohe Leckströme. Dies bedeutet ein hohes Risiko für Fehlfunktionen der elektronischen Schaltungen. Speziell bei bleifreien Lötlegierungen häufen sich die Berichte, dass selbst kleinste Mengen an Halogenen für empfindliche elektronische Anwendungen problematisch sein können. Bei empfindlichen elektronischen Anwendungen handelt es sich in der Regel um hochohmige Schaltungen, Messschaltungen, Hochfrequenzschaltungen, Sensoren,... Deshalb geht die Tendenz dahin, in der Elektronikfertigung von Halogenen in der Lötchemie wegzukommen. Wenn die Lötbarkeit der zu lötenden Oberflächen von Bauteilen und Leiterplatte normal ist, besteht im Allgemeinen keine Notwendigkeit für diese Halogene. Intelligent konzipierte, absolut halogenfreie Lötprodukte bieten ein ausreichend großes Prozessfenster, um die Oberflächen zu reinigen und ein gutes Lötergebnis zu erzielen, und dies in Kombination mit hoch zuverlässigen Rückständen.