Lotpasten-Beschreibungen klar verstehen

Lotmittelformulierung und -auswahl leicht gemacht

Vor 5.000 Jahren versuchten die alten Mesopotamier, Metalloberflächen mit Hilfe eines Zusatzmetalls zu verbinden. Um 3000 v. Chr. wurden die sumerischen Schwerter durch Handlöten zusammengesetzt¹. Leider ist es für viele der heutigen Lötmittelanwender schwierig zu verstehen, was in ihrer Lötmittelformulierung enthalten ist, da die Kommunikation in altem Sumerisch erfolgt. Nordson EFD hat ein klares Regelwerk zur Beschreibung von Lotpasten entwickelt, um der byzantinischen Struktur der Lötmittelformulierung entgegenzuwirken. Jetzt kann jede einzelne Nordson-Formel leicht von den anderen unterschieden werden. Für den Anwender bietet diese Formelbeschreibung den Vorteil, dass er auf logische und eindeutige Weise die Flussmittelformel, die Anwendungsmethode, die Legierung, den Metallgehalt, den Verpackungstyp, die Menge und die Stopfenfarbe jedes Produkts kennt.

Vor ein paar Jahren hat Nordson EFD diese neue Formelbezeichnung erstellt, damit jede einzelne Formel leicht von anderen Chemikalien unterschieden werden kann. Die Abbildung unten zeigt, wie Lötmittelbezeichnungen zusammengestellt werden und wie man versteht, was jedes Element in der Lötmittelbezeichnung bedeutet.

Auswahl der Lötmittel

Der Ansatz von Nordson EFD zur Auswahl eines Lots lässt sich in drei Schritten zusammenfassen:

• Wählen Sie Ihre Legierung
• Wählen Sie Ihr Flussmittel
• Wählen Sie Ihre besonderen Eigenschaften

Auf diese Weise können Sie leicht und genau das richtige Lot für Ihre Bedürfnisse bestimmen. Natürlich gibt es zusätzliche Details der Legierungs- und Flussmittelleistung, die hier nicht behandelt werden und die im Auswahlprozess sehr wichtig sein können. In diesen Fällen empfehlen wir Ihnen, sich mit Ihrem Nordson EFD-Lötspezialisten in Verbindung zu setzen, der Sie bei der Auswahl der besten Lotpaste für Ihre Aufgabe unterstützt. Wenn Sie Unterstützung bei der Auswahl Ihres Lotes benötigen, weil Sie eine besondere Leistungsanforderung haben, kontaktieren Sie Nordson EFD.

Schritt 1: Wählen Sie Ihre Legierung aus

Die Wahl der richtigen Lotlegierung ist entscheidend für das Erreichen der gewünschten Ergebnisse bei Ihrem Lötprozess. Die Legierungen sind entweder verbleit oder bleifrei. Außerdem variieren die Feststoff- und Flüssigkeitstemperaturen der einzelnen Lötmitteltypen. Und schließlich werden die Lötmittelformulierungen so entwickelt, dass sie den Leistungsanforderungen der jeweiligen Anwendung entsprechen.

Der erste Schritt ist die Beantwortung dieser drei Fragen:

• Muss Ihre Legierung bleifrei sein?
• Gibt es eine Reflow-Temperaturanforderung oder -begrenzung?
• Welche Art oder Größe muss die Leistung für das kleinste Merkmal in Ihrer Anwendung haben?

Verbleit vs. Bleifrei

Die heutigen Anwendungen erfordern in der Regel die Verwendung einer bleihaltigen oder bleifreien Lötlegierung. Wenn Sie eine bleifreie Lötlegierung benötigen, liegt das häufig daran, dass das Produkt unter die RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances) fällt; in anderen Fällen kann die Verwendung eines bleifreien Lots Teil eines Unternehmensmandats sein.

In vielen Fällen, in denen ein bleihaltiges Lot für Ihre Anwendung erforderlich ist, liegt der Grund darin, dass die Anwendung selbst nicht den RoHS-Vorschriften entspricht, weil die Anforderungen an die Reflow-Temperatur nur mit hoch bleihaltigen Lotlegierungen erfüllt werden können, die von der RoHS-Verordnung ausgenommen sind.

Schmelztemperatur

Jede Lötlegierung hat einen Temperaturbereich, in dem sie von einem festen in einen flüssigen Zustand übergeht. Um dies näher zu definieren, beginnt der Phasenübergang vom festen in den flüssigen Zustand bei Erreichen der Solidustemperatur und endet bei Erreichen der Liquidustemperatur. Unterhalb der Solidustemperatur befindet sich die Legierung in einem 100%igen festen Zustand. Zwischen dem Solidus- und dem Liquidus-Zustand gibt es einen Bereich, der als plastischer Bereich bezeichnet wird. Im plastischen Bereich ist ein Teil der Legierung fest, aber der größte Teil des Lots ist flüssig. Darüber hinaus werden Legierungen als eutektisch bezeichnet, wenn Solidus und Liquidus gleich sind.

Beim Benetzungsprozess verbindet sich das Metall im Lot mit dem Metall auf Ihrer Leiterplatte oder Ihren Bauteilen. Das Lot wird flüssig und fließt entlang der Komponente und des Substrats, wodurch die für Ihren Prozess erforderliche Lötstelle entsteht.

Die Benetzung beginnt bei der Solidustemperatur, aber die beste Benetzung erfolgt bei einer Spitzentemperatur von 15° C oder höher über dem Liquiduszustand. Wenn Ihre Lötstelle bei einem späteren Vorgang (möglicherweise einem zweiten Reflow-Prozess) ihre physikalische Integrität behalten muss, muss die Spitzentemperatur des späteren Vorgangs unter der Solidustemperatur der Legierung liegen.

Partikelgröße

Der letzte Schritt bei der Auswahl einer Legierung ist die Wahl der richtigen Partikelgrößenverteilung. Die Partikelgrößen werden mit Querverweisen auf typische Druck- und Dosieranforderungen dargestellt. Die Abmessungen, die für die Größen Gull Wing, Quadrat/Kreis und Dosierpunkt aufgeführt sind, stellen das kleinste Merkmal dar, das für diese Pulvergröße empfohlen wird. Wenn das Merkmal kleiner ist, erfordert Ihre Anwendung die nächst kleinere Pulvergröße. Wenn ein Hersteller eine zu große Pulvergröße wählt, kommt es in der Regel zu Druck- und Dosierproblemen, was zu Qualitätseinbußen führt. Die Verwendung eines kleineren Pulvers ist zwar mit einem höheren Preis verbunden, gewährleistet aber im Bedarfsfall die besten Lötergebnisse.

Schritt 2: Wählen Sie Ihr Flussmittel

Es gibt fünf allgemeine Kategorien von Flussmitteln. Für jede gibt es eine Reihe von Aktivitätsgraden, die Eigenschaften ihrer Rückstände und die Reinigungsmethoden, die zur Entfernung von Rückständen nach dem Lötprozess erforderlich sind.

Die folgenden Beschreibungen geben Aufschluss darüber, was die jeweiligen Flussmittel sind, was sie bewirken und wie die Rückstände aus den jeweiligen Flussmittelformeln entfernt werden können.

Auswahl des Flussmittels

Kolophonium (R)

R-Flussmittel besteht aus Kolophonium und Lösungsmittel. Kolophonium-Flussmittel hat eine sehr geringe Aktivität und ist nur für leicht zu lötende Oberflächen geeignet. Die IPC-Klassifizierung ist ROL0. R-Rückstände sind hart, nicht korrosiv, nicht leitend und können auf der Oberfläche verbleiben. Die Rückstände können mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden.

Mild Aktiviertes Kolophonium (RMA)

RMA-Flussmittel bestehen aus Kolophonium, Lösungsmittel und einer kleinen Menge Aktivator. Die meisten RMA-Flussmittel haben eine relativ geringe Aktivität und eignen sich am besten für leicht lötbare Oberflächen. Die IPC-Klassifizierung ist normalerweise ROL0, ROL1, ROM0 oder ROM1. RMA-Flussmittelrückstände sind klar und weich. Die meisten sind nicht korrosiv und nicht leitend. Viele RMA-Flussmittel bestehen den SIR-Test als No-Clean (NC)-Flussmittel. Rückstände können mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden.

Aktiviertes Kolophonium (RA)

RA-Flussmittel besteht aus Kolophonium, Lösungsmittel und aggressiven Aktivatoren. RA-Flussmittel hat eine ähnliche und höhere Aktivität als RMA für mäßig und stark oxidierte Oberflächen. Die IPC-Klassifizierung ist normalerweise ROM0, ROM1, ROH0 oder ROH1. Solange keine Tests das Gegenteil beweisen, wird davon ausgegangen, dass RA-Flussmittelrückstände korrosiv sind. Baugruppen, die korrosionsempfindlich sind oder bei denen die Möglichkeit einer elektrischen Leitung durch die Rückstände besteht, sollten so bald wie möglich nach der Montage gereinigt werden. Rückstände können mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden.

Nicht sauber (NC)

NC-Flussmittel bestehen aus Kolophonium, Lösungsmittel und einer kleinen Menge Aktivator. NC-Flussmittel haben in der Regel eine geringe bis mäßige Aktivität und eignen sich für leicht lötbare Oberflächen. Die IPC-Klassifizierung ist normalerweise ROL0 oder ROL1. NC-Rückstände sind klar, hart, nicht korrosiv, nicht leitend und können auf vielen Arten von Baugruppen verbleiben. Die Rückstände können mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden. Einige, aber nicht alle, NC-Flussmittel sind schwieriger zu entfernen als RMA-Flussmittel.

Wasserlöslich (WS)

WS-Flussmittel besteht aus Aktivatoren, Thixotrop und Lösungsmittel. WS-Flussmittel gibt es in einer breiten Palette von Aktivitätsgraden, von keiner Aktivität bis hin zu extrem hoher Aktivität für das Löten selbst auf den schwierigsten Oberflächen, wie z. B. Edelstahl. Die IPC-Klassifizierung beginnt normalerweise mit OR für organisch. Es gibt sie in den Aktivitätsstufen L, M, H und mit einem Halogenidgehalt von 0 oder 1. Per Definition können Rückstände mit Wasser entfernt werden.

Wie oben erläutert, gibt es jedes Flussmittel mit unterschiedlichen Aktivitätsgraden, Rückstandsqualitäten und Reinigungsmethoden, die für das Aufräumen nach dem Lötprozess erforderlich sind. Nachdem Sie nun ein gutes Verständnis für die verfügbaren Flussmitteleigenschaften haben, können Sie sich mit den besonderen Eigenschaften befassen, die Ihre Formulierung möglicherweise erfordert.

Schritt 3: Wählen Sie Ihre besonderen Merkmale

Anspruchsvolle Lötanwendungen weisen oft spezielle Merkmale auf. Einige Beispiele für schwierige Anwendungen sind eingeschränkte Rückstände, Spaltfüllungen, vertikale Oberflächen, schneller Reflow, Pin-Transfer, Eintauchen, Low-Void und UV-rückverfolgbares Flussmittel.

Zwei Flussmittelformulierungen haben trotz gleicher QQ-S-571E- und J-STD-004-Klassifizierung sehr unterschiedliche Eigenschaften. Lötmittel mit besonderen Eigenschaften können oft Probleme lösen, die Formulierungen ohne diese Eigenschaften einfach nicht lösen können.

Lötpastenformulierung leicht gemacht

Eine kluge Auswahl der Lotpaste ist für die Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte unerlässlich. Diese Rezepturbeschreibung bietet Ihnen einen logischen und eindeutigen Weg, um die Flussmittelformel, die Anwendungsmethode, die Legierung, den Metallgehalt, die Verpackungsart, die Menge und die Stopfenfarbe jedes Produkts zu kennen.

Für weitere Informationen besuchen Sie bitte die Website:

Leitfaden zur Auswahl von Lötmitteln

Lötmittel, Flussmittel & TIM Kategorie Seite

¹Brady, George; et al. (1996). Handbuch für Materialien. McGraw Hill. pp. 768–70. ISBN978-0-07-007084-4.

John Vivari

John Vivari ist der Produktlinienmanager für Lötprodukte bei Nordson EFD.

 

John hat mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Elektronikentwicklung und -montage. Seit seinem Eintritt bei Nordson EFD im Jahr 2001 hat er sein Fachwissen im Bereich Flüssigkeitsdosierung und Lotpastentechnologie genutzt, um Kunden bei der Entwicklung von Präzisionsdosier-, Druck- und Reflow-Prozessen zu unterstützen. Er hat drei Patente und mehr als ein Dutzend Fachartikel verfasst.

 

John hat einen BS in Industrial Engineering von der University of Rhode Island und einen MS in Industrial Manufacturing Engineering von der University of New Haven.