Flussmittelarten
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Flussmittelarten

In Übereinstimmung mit IPC-J-STD-004

 

Flussmittelarten in Überein- stimmung mit
IPC-J-STD-004

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.

 

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

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

right arrow 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 specifications Tree
 

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

Flussmittelmaterialien Flussmittelaktivität Flussmittelbezeichnung
Rosin (RO) [Kolophonium] gering (0%) L0 ROL0
gering (<0,5%) L1 ROL1
mittelmäßig (0%) M0 ROM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 ROM1
hoch (0%) H0 ROH0
hoch (<2,0%) H1 ROH1
Resin (RE) [Harz] gering (0%) L0 REL0
gering (<0,5%) L1 REL1
mittelmäßig (0%) REM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 REM1
hoch (0%) H0 REH0
hoch (<2,0%) H1 REH1
Organic (OR) [organisch] gering (0%) L0 ORL0
gering (<0,5%) L1 ORL1
mittelmäßig (0%) ORM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 ORM1
hoch (0%) H0 ORH0
hoch (<2,0%) H1 ORH1
Inorganic (IN) [anorganisch] gering (0%) L0 INL0
gering (<0,5%) L1 INL1
mittelmäßig (0%) INM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 INM1
hoch (0%) H0 INH0
hoch (<2,0%) H1 INH1

Auf Kolophonium basierendes Flussmittel (RO-Typ):

right arrow Kolophonium wird im Allgemeinen aus dem Saft des Ananasbaums extrahiert

right arrow fester Zustand bei Raumtemperatur

right arrow bei Raumtemperatur chemisch inaktiv

right arrow bei Raumtemperatur isolierend

right arrow Kolophonium schmilzt bei ungefähr 72°C

right arrow organische Säuren werden bei 108°C aktiv

right arrow seine optimale Funktion liegt bei ungefähr 262°C

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

 
Kolophonium (RO, Rosin)
right arrow natürliches Kolophonium
right arrow die IPC-J-STD-004-Standardbezeichnung
für dieses Flussmittel ist – RO

Auf Harz basierendes Flussmittel (RE-Typ)

right arrow Harz ist ein allgemeingebräuchlicher technischer Ausdruck mit einer doppelten Bedeutung

right arrow es umfasst eine Vielzahl von natürlichen und synthetischen harzigen Produkten

 
Harz (RE, Resin)
right arrow die IPC-J-STD-004-Standardbezeichnung
für dieses Flussmittel ist – RE

Wasserlösliches (organisches Säure)-Flussmittel

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

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

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

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

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

right arrow nach dem Lötvorgang können die Flussmittelrückstände mühelos mit Leitungswasser gereinigt werden

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

 
Harz (RE, Resin)
right arrow die IPC-J-STD-004-Standardbezeichnung
für dieses Flussmittel ist – RE

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.

Anorganisch (IN)
right arrow die IPC-J-STD-004-Standardbezeichnung für dieses Flussmittel ist – IN
 

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

Flussmittelsynthese
right arrow ROsin (Kolophonium)
right arrow REsin (Harz)
right arrow ORganic (organisch)
right arrow INorganic (anorganisch)
value 4x3
Flussmittelaktivität
right arrow gering
right arrow mittel
right arrow hoch
value 12x2
halogen oder
halogenidfrei
right arrow L0
right arrow L1

Flussmittelarten (Aktivität/Rückstand)

Tabelle 3.1 Testanforderungen für Flussmittelartklassifizierung

Flussmittelart Qualitativ Kupferspiegel Qualitativ Halogenid optional Quantitativ Halogenid Quant. Korrosionstest Bedingungen für Bestehen von 100 MΩ SIR Anforderungen Bedingungen für Bestehen von ECM-Anfor-derungen
Silber­ chromat (Cl, Br) Stichprobe(F) (Cl, Br, F) (nach Gew.)
L0 kein Nachweis für einen Spiegel-durchbruch Bestanden Bestanden 0.0% 1 kein Nachweis für eine Korrosion nicht gereinigt nicht gereinigt
L1 Bestanden Bestanden <0.5%
M0 Durchbruch bei weniger als 50% des Testbereichs Bestanden Bestanden 0.0% 1 geringe Korrosion, akzeptabel gereinigt oder nicht gereinigt gereinigt oder nicht gereinigt
M1 nicht best. nicht best. 0.5% bis 2.0%
H0 Durchbruch bei weniger als 50% des Testbereichs Bestanden Bestanden 0.0% 1 größere Korrosion, akzeptabel gereinigt gereinigt
H1 nicht best. nicht best. >2.0%

Flussmittelaktivität L: Kupferspiegel-Test

right arrow 50nm dicke Schicht Kupfer auf einer Glasplatte

right arrow Tragen Sie einen Tropfen des Flussmittels auf den Spiegel auf.

right arrow Inspizieren Sie die Wirkung der Kupferschicht nach 24 Stunden.

right arrow 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:

right arrow 50nm dicke Schicht Kupfer auf einer Glasplatte

right arrow Tragen Sie einen Tropfen des Flussmittels auf den Spiegel auf.

right arrow 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

right arrow 50 nm dicke Schicht Kupfer auf einer Glasplatte

right arrow Tragen Sie einen Tropfen des Flussmittels auf den Spiegel auf.

right arrow 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

Flussmittelmaterialien Flussmittelaktivität Flussmittelbezeichnung
Rosin (RO) [Kolophonium] gering (0%) L0 ROL0
gering (<0,5%) L1 ROL1
mittelmäßig (0%) M0 ROM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 ROM1
hoch (0%) H0 ROH0
hoch (<2,0%) H1 ROH1
Resin (RE) [Harz] gering (0%) L0 REL0
gering (<0,5%) L1 REL1
mittelmäßig (0%) REM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 REM1
hoch (0%) H0 REH0
hoch (<2,0%) H1 REH1
Organic (OR) [organisch] gering (0%) L0 ORL0
gering (<0,5%) L1 ORL1
mittelmäßig (0%) ORM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 ORM1
hoch (0%) H0 ORH0
hoch (<2,0%) H1 ORH1
Inorganic (IN) [anorganisch] gering (0%) L0 INL0
gering (<0,5%) L1 INL1
mittelmäßig (0%) INM0
mittelmäßig (0,5%-2,0%) M1 INM1
hoch (0%) H0 INH0
hoch (<2,0%) H1 INH1

Flussmittelarten (Aktivität)

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

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

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

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

right arrow Flussmittel vom H0-Typ: einige wasserlösliche

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

 
arrow new
Flussmittelaktivität Flussmitteltypen
L0 alle R
die gleichen RMA
die gleichen mit geringem Feststoffanteil, nicht rein
L1 die meisten RMA
die gleichen RA
M0 die gleichen RA
die gleichen mit geringem Feststoffanteil, nicht rein
M1 die meisten RA
die gleichen RSA
H0 die gleichen wasserlöslichen
H1 die gleichen RSA
die meisten wasserlöslichen
die meisten synthetisch aktivierten
arrow old
 
Aktivatoren blue arrow Beschleunigung
 
Mittel blue arrow Träger
 
Lösungsmittel blue arrow Lösung
 
besondere Aktivitäten blue arrow besondere Eigenschaften
 

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:

right arrow Säuren

right arrow Halogenide

right arrow oder eine Kombination aus beidem

 

Flussmittelaktivatoren können sein:

right arrow Halogene

right arrow organische/anorganische Säuren

right arrow 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:

right arrow Fluor (F)

right arrow Chlor (Cl)

right arrow Brom (Br)

right arrow Jod (I)

right arrow Astatin (At) (radioaktiv und instabil)

Halogen:

Das Vorhandensein von Halogen im Flussmittel wird angezeigt durch:

right arrow 0 keine Halogen(oxide) im Flussmittel(rückstand)

right arrow 1 Halogen(oxid) im Flussmittel(rückstand)

 

Minimaler prozentualer Halogenanteil pro Gewicht an festen Bestandteilen im Flussmittel:

right arrow L0, M0, H0 = 0,0%

 

Halogenfreie Aktivatoren:

right arrow Chlorzusammensetzungen: Ammoniumchloride & Chlorwasserstoff

right arrow Säuren: Phosphorsäuren & Carboxylsäuren

right arrow Salze

 

Maximaler prozentualer Halogenanteil pro Gewichtseinheit an festen Bestandteilen im Flussmittel:

right arrow L1, <0,5%

right arrow M1, 0,5% to 2,0%

right arrow H1, > 2,0%

 

Der Träger besteht aus:

right arrow einer festen Substanz oder

right arrow einer nicht volatilen Flüssigkeit

right arrow 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:

right arrow Stabilisatoren – für die thermale Stabilität

right arrow Inhibitoren – für die Minimierung der Oxidation

right arrow 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.

 
Flussmittelart Qualitativ Kupferspiegel Qualitativ Halogenid optional Quantitativ Halogenid Quant. Korrosionstest Bedingungen für Bestehen von 100 MΩ SIR Anforderungen Bedingungen für Bestehen von ECM-Anfor-derungen
Silber­ chromat (Cl, Br) Stichprobe(F) (Cl, Br, F) (nach Gew.)
L0 kein Nachweis für einen Spiegel-durchbruch Bestanden Bestanden 0.0% 1 kein Nachweis für eine Korrosion nicht gereinigt nicht gereinigt
L1 Bestanden Bestanden <0.5%
M0 Durchbruch bei weniger als 50% des Testbereichs Bestanden Bestanden 0.0% 1 geringe Korrosion, akzeptabel gereinigt oder nicht gereinigt gereinigt oder nicht gereinigt
M1 nicht best. nicht best. 0.5% bis 2.0%
H0 Durchbruch bei weniger als 50% des Testbereichs Bestanden Bestanden 0.0% 1 größere Korrosion, akzeptabel gereinigt gereinigt
H1 nicht best. nicht best. >2.0%
 

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

 
Flussmittelart Qualitativ Kupferspiegel Qualitativ Halogenid optional Quantitativ Halogenid Quant. Korrosionstest Bedingungen für Bestehen von 100 MΩ SIR Anforderungen Bedingungen für Bestehen von ECM-Anfor-derungen
Silber­ chromat (Cl, Br) Stichprobe(F) (Cl, Br, F) (nach Gew.)
L0 kein Nachweis für einen Spiegel-durchbruch Bestanden Bestanden 0.0% 1 kein Nachweis für eine Korrosion nicht gereinigt nicht gereinigt
L1 Bestanden Bestanden <0.5%
M0 Durchbruch bei weniger als 50% des Testbereichs Bestanden Bestanden 0.0% 1 geringe Korrosion, akzeptabel gereinigt oder nicht gereinigt gereinigt oder nicht gereinigt
M1 nicht best. nicht best. 0.5% bis 2.0%
H0 Durchbruch bei weniger als 50% des Testbereichs Bestanden Bestanden 0.0% 1 größere Korrosion, akzeptabel gereinigt gereinigt
H1 nicht best. nicht best. >2.0%

Kennzeichnung

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

right arrow Name des Herstellers und Adresse

right arrow Artikelnummer.

right arrow erfüllt J-STD-004.

right arrow Bezeichnung des Flussmittels.

right arrow Chargennummer.

right arrow Nettomasse des Flussmittels.

right arrow Datum der Herstellung und Haltbarkeit.

right arrow 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