Flussmittelarten

IPC

IPC ist ein weltweiter Handelsverband, der sich der wettbewerbsfähigen Spitzenleistung und dem finanziellen Erfolg seiner Mitgliedsunternehmen verschrieben hat und alle Facetten der elektronischen Verbindungstechniken repräsentiert, einschließlich Entwicklung, Leiterplattenherstellung und Montage elektronischer Bauteile.

Als eine von Mitgliedern gesteuerte Organisation und führende Quelle für Industrienormen, Schulungen, Marktforschungen und als öffentliche Vertretung von Wirtschaftsinteressen unterstützt IPC Programme, um die Bedürfnisse von ungefähr 1,5 Billionen USD der weltweiten Elektronikindustrie zu erfüllen.

 gegründet im Jahre 1957 als Institute of Printed Circuits (Institut für Leiterplatten) mit 6 Mitgliedsunternehmen

 starkes Fundament als technische Organisation, die sich der Erfüllung von Industriebedürfnissen verschrieben hat

 Schwerpunkt auf Entwicklung, Leiterplattenherstellung und Montage elektronischer Bauteile

Vorteile von IPC-Normen

Die Vorteile der IPC-Normen liegen darin, dass sie weltweit genutzt und anerkannt werden und dass die wichtigsten Normen in fast allen Sprachen verfügbar sind. Die IPC-Normen umfassen den gesamten Ablauf von der Entwicklung über die Herstellung der unbestückten Leiterplatte bis hin zur Montage und zum Kastenbau, inklusive Glasfasertechnik.

Im folgenden Strukturbaum sehen Sie eine Übersicht über die am meisten verwendeten IPC-Normen:

IPC-Klassifizierung

Annahme- und/oder Ablehnungsentscheidungen müssen auf verwendbaren Unterlagen basieren wie z.B. Verträgen, Zeichnungen, Spezifikationen, Normen und Referenzdokumenten.

IPC definiert drei Produktklassen. Hierbei handelt es sich um:

Klasse 1 - Allgemeine elektronische Geräte. Beinhaltet Produkte, die für Anwendungen geeignet sind, bei denen die Hauptanforderung der Betrieb der fertiggestellten Anlage ist.

Klasse 2 - Elektronische Produkte für spezialisierte Dienstleistungen. Beinhaltet Produkte, bei denen eine dauerhafte Leistung und eine verlängerte Lebensdauer erforderlich sind und für die ein ununterbrochener Betrieb wünschenswert, aber nicht entscheidend ist. Typischerweise würde die Endanwendungsumgebung keine Fehler verursachen.

Klasse 3 - Elektronische Produkte für Hochleistungen / raue Umgebungen. Beinhaltet Produkte, bei denen eine dauerhafte hohe Leistung oder eine Leistung auf Abruf entscheidend, sowie eine Auszeit der Ausrüstung nicht tolerierbar ist und die Endanwendungsumgebung ungewöhnlich rau sein kann und die Ausrüstung funktionieren muss, wenn erforderlich, wie z.B. Lebenserhaltungssysteme oder andere Systeme von entscheidender Bedeutung.

Der Kunde (Benutzer) ist letztendlich für die Festlegung der Klasse verantwortlich, zu der die Ausrüstung als zugehörig eingeschätzt wird. Falls der Benutzer und der Hersteller keine Zulassungsklasse bestimmen oder dokumentieren, so kann der Hersteller dies tun.

IPC J-STD-004B Anforderungen für Lötflussmittel

IPC J-STD-004B Dezember 2008 und J-STD-004B-Änderung 1, November 2011

Gemäß den J-STD-001-Anforderungen für gelötete elektrische und elektronische Anlagen ist es vorgeschrieben, dass das Flussmittel die J-STD-004-Anforderungen erfüllen sollte.

J-STD-004 ist ein Flussmittelklassifizierungsdokument. Alle Flussmittel können in 1 bis 24 Flussmittelklassifizierungen unterteilt werden.

Die Flussmittel müssen entsprechend der materiellen Zusammensetzung und der Art der Flussmittel klassifiziert werden, die Flussmittelkennung gibt sowohl die Zusammensetzung als auch die Art des Flussmittels an.

24 Flussmittelzertifikate

Auf Kolophonium basierendes Flussmittel (RO-Typ):

 Kolophonium wird im Allgemeinen aus dem Saft des Ananasbaums extrahiert

 fester Zustand bei Raumtemperatur

 bei Raumtemperatur chemisch inaktiv

 bei Raumtemperatur isolierend

 Kolophonium schmilzt bei ungefähr 72°C

 organische Säuren werden bei 108°C aktiv

 seine optimale Funktion liegt bei ungefähr 262°C

 bei Temperaturen über 346°C wird dieses Flussmittel inaktiv und polymerisiert, was zu Problemen bei der Reinigung von Resten führt

Auf Harz basierendes Flussmittel (RE-Typ)

 Harz ist ein allgemeingebräuchlicher technischer Ausdruck mit einer doppelten Bedeutung

 es umfasst eine Vielzahl von natürlichen und synthetischen harzigen Produkten

Wasserlösliches (organisches Säure)-Flussmittel

 ursprünglicher Aufbau durch organische Säuren, unterschiedlich im Vergleich zu Kolophonium oder Harz

 organisches Flussmittel (OR) wird oftmals als OA-Flussmittel bezeichnet

 auf dem Markt üblicherweise als WSFs (Water Soluble Flux, wasserlösliches Flussmittel) gehandelt

 viele „Flussmittel mit geringem Feststoffanteil“ fallen in diese OR-Kategorie

 wie der Name schon sagt, ist dieses Flussmittel aus wasserlöslichen Chemikalien aufgebaut

 nach dem Lötvorgang können die Flussmittelrückstände mühelos mit Leitungswasser gereinigt werden

 dieses Flussmittel ist sehr beliebt, weil es von der Umweltabgabe befreit ist, die für andere Flussmittelarten gezahlt werden muss

Anorganisches Flussmittel (IN, inorganic)

Flussmittel mit anorganischen Salzen werden aufgrund der extrem korrosiven Reste üblicherweise nicht zum Löten von Leiterplatten, aber manchmal zum Löten von nicht elektrischen Produkten (z.B. Blitzableitermaterialien) verwendet.

J-STD-004-Flussmittelklassifizierung

Dies bezeichnet den Grad der Effektivität des Flussmittels.

Je schlechter die Lötfähigkeit der Leiterplattenoberfläche, umso höher sollte die Flussmittelaktivität sein, um eine gute Befeuchtung zu erzeugen.

Nicht aktiviert oder aktiviert (L = low (gering), M = moderate (mittel), H = high (hoch)

Wenn Sie dies hören, könnten Sie denken, dass logischerweise immer das aktivste Flussmittel ausgesucht werden sollte, um für eine gute Befeuchtung in allen Situationen zu sorgen. Leider ist es nicht ganz so einfach! Wenn Sie ein hoch aktiviertes Flussmittel verwenden, haben Sie größere Probleme mit der Oxidation der Flussmittelrückstände.

Die IPC-J-STD-004-Klassifizierungen

Flussmittelarten (Aktivität/Rückstand)

Tabelle 3.1 Testanforderungen für Flussmittelartklassifizierung

Flussmittelaktivität L: Kupferspiegel-Test

 50nm dicke Schicht Kupfer auf einer Glasplatte

 Tragen Sie einen Tropfen des Flussmittels auf den Spiegel auf.

 Inspizieren Sie die Wirkung der Kupferschicht nach 24 Stunden.

 Das Flussmittel darf nur dann als L-Typ klassifiziert werden, wenn der Kupferfilm nicht komplett entfernt ist.

Falls der Kupferfilm gar nicht entfernt wurde, wie durch den Hintergrund beim Blick durch das Glas deutlich wird, darf das Flussmittel nicht als L-Typ klassifiziert werden.

Flussmittelaktivität M: Kupferspiegel-Test:

 50nm dicke Schicht Kupfer auf einer Glasplatte

 Tragen Sie einen Tropfen des Flussmittels auf den Spiegel auf.

 Inspizieren Sie die Wirkung der Kupferschicht nach 24 Stunden.

Falls eine komplette Entfernung des Kupfers nur um den Umkreis des Tropfens herum vorliegt (weniger als 50% Durchbruch), dann muss das Flussmittel als M-Typ klassifiziert werden.

Flussmittelaktivität H: Kupferspiegel-Test

 50 nm dicke Schicht Kupfer auf einer Glasplatte

 Tragen Sie einen Tropfen des Flussmittels auf den Spiegel auf.

 Inspizieren Sie die Wirkung der Kupferschicht nach 24 Stunden.

Falls der Kupferfilm vollständig entfernt ist (mehr als 50% Durchbruch), dann muss das Flussmittel als H-Typ klassifiziert werden.

24 Flussmittelzertifikate

Flussmittelarten (Aktivität)

 Flussmittel vom L0-Typ: alle R-Typen, einige RMA, einige mit geringem Feststoffanteil „Nicht rein“.

 Flussmittel vom L1-Typ: die meisten RMA, einige RA

 Flussmittel vom M0-Typ: einige RA, einige mit geringem Feststoffanteil „Nicht rein“.

 Flussmittel vom M1-Typ: die meisten RA, einige RSA

 Flussmittel vom H0-Typ: einige wasserlösliche

 Flussmittel vom H1-Typ: einige RSA, die meisten wasserlöslichen und synthetisch aktivierten

Aktivatoren

Aktivatoren sind chemische Stoffe, die in kleinen Mengen dem Flussmittel hinzugefügt werden, um Oxide zu entfernen, die sich auf dem Basismaterial befinden.

Wenn ein Aktivator wirkt, so handelt es sich um eine korrosive Aktion:

gering aktiviertes Flussmittel = korrosiv bei Raumtemperatur
hoch aktiviertes Flussmittel = korrosiv bei Löttemperatur

Flussmittelaktivitätssysteme werden aufgebaut durch:

 Säuren

 Halogenide

 oder eine Kombination aus beidem

Flussmittelaktivatoren können sein:

 Halogene

 organische/anorganische Säuren

 synthetische Aktivatoren

Die charakteristischste chemische Eigenschaft von Halogenen ist ihre Fähigkeit zur Oxidation.

Fluor verfügt über die Eigenschaft der Oxidation.

Fast alle Elemente der 7. Gruppe des Periodensystems der Elemente (Fluor, Chlor, Brom und Jod) reagieren direkt mit Metall, mit abnehmender Reaktionsfreudigkeit von oben nach unten in dieser Gruppe. Die Reaktion sollte durch Hitze oder UV-Licht ausgelöst werden.

Halogenide sind Halogenoxide.

Halogene bilden die Gruppe VII im Periodensystem der Elemente:

 Fluor (F)

 Chlor (Cl)

 Brom (Br)

 Jod (I)

 Astatin (At) (radioaktiv und instabil)

Halogen:

Das Vorhandensein von Halogen im Flussmittel wird angezeigt durch:

 0 keine Halogen(oxide) im Flussmittel(rückstand)

 1 Halogen(oxid) im Flussmittel(rückstand)

Minimaler prozentualer Halogenanteil pro Gewicht an festen Bestandteilen im Flussmittel:

 L0, M0, H0 = 0,0%

Halogenfreie Aktivatoren:

 Chlorzusammensetzungen: Ammoniumchloride & Chlorwasserstoff

 Säuren: Phosphorsäuren & Carboxylsäuren

 Salze

Maximaler prozentualer Halogenanteil pro Gewichtseinheit an festen Bestandteilen im Flussmittel:

 L1, <0,5%

 M1, 0,5% to 2,0%

 H1, > 2,0%

Der Träger besteht aus:

 einer festen Substanz oder

 einer nicht volatilen Flüssigkeit

 einer Kombination aus beidem

Die drei Funktionen des Trägers:

1.Ein Träger wird als ein Lösungsmittel für Materialien verwendet, die während der Reaktion zwischen Oxiden und Aktivatoren bei hohen Temperaturen gebildet werden.

2.Es ist darauf zu achten, dass keine Lufteinschlüsse in der Lötverbindung oder auf der Lötoberfläche auftreten. Er wirkt wie eine Decke.

3. Er sorgt für eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Lötmetall und der Oberfläche.

Lösungsmittel:

Das Lösungsmittel im flüssigen Flussmittel (d.h. bei einer Wellenlötanlage) verfügt über die primäre Aufgabe, die Aktivatoren und die Mittel auf der Oberfläche der Leiterplatte zu beseitigen.

Während der Vorwärmphase wird das Lösungsmittel verdampfen. Während des Lötens bleiben nur die Aktivatoren und die Träger zurück.

Besondere Zusatzstoffe

Diese Zusatzstoffe werden dem Flussmittel mit Abweichungen und für besondere Funktionen hinzugefügt:

 Stabilisatoren – für die thermale Stabilität

 Inhibitoren – für die Minimierung der Oxidation

 Farbstoffe – für die Färbung des Flussmittels

Flussmitteltypen (Aktivität/Rückstand)

Erforderlicher SIR-Test. Die SIR-Anforderungen für Flussmittel werden gemäß IPC-TM-650, Testmethode 2.6.3.3 bestimmt.

Alle SIR-Messungen und alle Testmuster müssen die 100 MΩ-Anforderungen erfüllen, wenn sie bei 96 und 168 Stunden gemessen werden.

(IR-Final, Messung wird nach einer Spannungsbelastung für 500 Stunden gemessen) Werte müssen entsprechend der Testmethode gemeldet werden.

(IR-Final, Messung wird nach einer Spannungsbelastung für 500 Stunden gemessen) Werte müssen entsprechend der Testmethode gemeldet werden.

Die Kriterien für das Bestehen des ECM-Tests (Elektrochemischer Migrationstest) sind:

1. IR-Final (Anfangs-IR)/10 ist die durchschnittliche Isolationsresistenz, die nicht um mehr als eine Dekade als Ergebnis der angewandten Spannung sinken darf

2. kein Nachweis für eine elektrochemische Migration (dendritisches Filamentwachstum), die den Leiterabstand um mehr als 20% reduziert

3. keine Korrosion der Leiter; kleinere Entfärbungen einer Polarität der Kammmuster-Leiter ist akzeptabel

Kennzeichnung

Der Hersteller muss jeden Lötflussmittelbehälter (J-STD-004) mit den folgenden Informationen versehen:

 Name des Herstellers und Adresse

 Artikelnummer.

 erfüllt J-STD-004.

 Bezeichnung des Flussmittels.

 Chargennummer.

 Nettomasse des Flussmittels.

 Datum der Herstellung und Haltbarkeit.

 Kennzeichnungen in Bezug auf Gesundheit, Sicherheit und Umwelt.

Quelle: J-STD-004 & PIEKs Flussmittelpräsentation

Rob Walls MIT/CID+
Geschäftsführer

PIEK International Education Centre BV, Niederlande