Wellenlöten ist seit Jahrzehnten ein etablierter Prozess in der Elektronikfertigung. Gleichzeitig verändern sich die Anforderungen an die dabei eingesetzten Flussmittel.
Neben Benetzung, Prozessstabilität und Rückstandsverhalten gewinnen heute weitere Aspekte an Bedeutung: VOC-Emissionen, Arbeitssicherheit, Brandschutz, Lagerung und Nachhaltigkeit.
Damit rücken wasserbasierte, VOC-freie Flussmittel zunehmend in den Fokus.
Doch können sie konventionelle alkoholbasierte Flussmittel tatsächlich ersetzen?
Die Antwort hängt – wie so häufig in der Elektronikfertigung – vom gesamten Prozess ab.
1. Welche Aufgabe hat das Flussmittel beim Wellenlöten?
Bevor die Leiterplatte mit dem flüssigen Lot in Kontakt kommt, muss das Flussmittel mehrere Aufgaben erfüllen.
Es unterstützt dabei,
- Oxidschichten auf den zu lötenden Metalloberflächen zu entfernen,
- eine erneute Oxidation während des Lötprozesses zu begrenzen,
- die Benetzung der Oberflächen durch das flüssige Lot zu unterstützen und
- ein ausreichend großes Prozessfenster für eine zuverlässige Lötverbindung zu schaffen.
Die Leistungsfähigkeit eines Flussmittels wird deshalb nicht allein durch seinen Aktivator bestimmt.
Lösemittelsystem, Feststoffgehalt, Benetzungsverhalten, Auftragsmenge und Vorheizung müssen gemeinsam betrachtet werden.
2. Warum werden beim Wellenlöten häufig alkoholbasierte Flussmittel eingesetzt?
Alkoholbasierte Flussmittel haben sich in vielen Wellenlötprozessen über Jahrzehnte bewährt.
Alkohole wie Isopropanol verdunsten relativ schnell und ermöglichen eine schnelle Trocknung des aufgetragenen Flussmittels.
Das erleichtert die Prozessführung und hat dazu beigetragen, dass alkoholbasierte Systeme in vielen Produktionslinien zum Standard geworden sind.
Diese Eigenschaft hat jedoch auch eine andere Seite.
Die verwendeten organischen Lösemittel können als flüchtige organische Verbindungen – VOCs – in die Umgebung abgegeben werden. Je nach Lösemittel ergeben sich zudem Anforderungen hinsichtlich Entflammbarkeit, Lagerung, Transport und Arbeitsschutz.
Damit stellt sich zunehmend die Frage, ob für jede Anwendung tatsächlich ein alkoholbasiertes System erforderlich ist.
3. Was bedeutet VOC-frei?
VOC steht für „Volatile Organic Compounds“, also flüchtige organische Verbindungen.
Bei konventionellen Flussmitteln dienen solche Verbindungen häufig als Trägermedium für die aktiven Bestandteile des Flussmittels.
Bei wasserbasierten Systemen übernimmt dagegen überwiegend Wasser diese Funktion.
Das kann mehrere Vorteile mit sich bringen:
- Reduzierung lösemittelbedingter VOC-Emissionen
- geringere Brandlast
- einfachere Handhabung nicht brennbarer Systeme
- geringerer Einsatz organischer Lösemittel
- Potenzial für eine nachhaltigere Prozessgestaltung
Der Wechsel von Alkohol zu Wasser ist jedoch nicht einfach nur ein Austausch des Lösemittels.
Wasser besitzt deutlich andere physikalische Eigenschaften – und damit verändert sich auch der Prozess.
4. Die Vorheizung wird besonders wichtig
Einer der wesentlichen Unterschiede zwischen alkohol- und wasserbasierten Flussmitteln liegt im Verdampfungsverhalten.
Wasser benötigt mehr Energie zur Verdampfung als typische alkoholische Lösemittel.
Deshalb spielt die Vorheizung beim Einsatz wasserbasierter Flussmittel eine besonders wichtige Rolle.
Vor dem Kontakt mit der Lötwelle sollte die notwendige Verdampfung kontrolliert erfolgt sein und das Flussmittelsystem den vorgesehenen Aktivierungszustand erreicht haben.
Dabei müssen unter anderem berücksichtigt werden:
- Vorheiztemperatur
- Vorheizzeit
- Transportgeschwindigkeit
- Leiterplattenmasse
- Bauteildichte
- aufgetragene Flussmittelmenge
- Leistungsfähigkeit der Vorheizzone
Ein wasserbasiertes Flussmittel sollte deshalb nicht einfach in einen bestehenden Prozess eingesetzt werden, ohne die Prozessparameter zu überprüfen.
5. Der Flussmittelauftrag muss kontrolliert sein
Nicht nur die Vorheizung, sondern auch die aufgetragene Menge beeinflusst das Ergebnis.
Zu wenig Flussmittel kann zu einer unzureichenden Aktivierung führen. Eine unnötig hohe Auftragsmenge erhöht dagegen die Flüssigkeitsmenge, die während der Vorheizung entfernt werden muss.
Ein kontrollierter und gleichmäßiger Auftrag ist daher ein wesentlicher Bestandteil eines stabilen Wellenlötprozesses.
Sprühfluxer bieten hierfür gute Möglichkeiten, sofern Düsen, Druck, Geschwindigkeit und Sprühbild regelmäßig überprüft werden.
Gerade bei einem Wechsel des Flussmittels sollte deshalb auch das vorhandene Auftragssystem in die Prozessvalidierung einbezogen werden.
6. Benetzung bleibt das entscheidende Kriterium
Unabhängig davon, ob Wasser oder Alkohol als Trägermedium eingesetzt wird, bleibt die wichtigste Aufgabe des Flussmittels unverändert:
Eine zuverlässige Lötverbindung zu ermöglichen.
Dafür müssen Oxide ausreichend entfernt und die zu lötenden Oberflächen während des Prozesses geschützt werden.
Die Leistungsfähigkeit eines modernen wasserbasierten Flussmittels hängt deshalb wesentlich von der Abstimmung seiner Aktivatoren und weiteren Bestandteile ab.
Ein VOC-freies Produkt ist nur dann eine echte Alternative, wenn es gleichzeitig die erforderliche technische Performance liefert.
Nachhaltigkeit darf nicht auf Kosten der Prozessstabilität gehen.
7. Was bedeutet der Wechsel für bestehende Anlagen?
Eine häufige Frage lautet:
„Können wir unser bisheriges Flussmittel einfach durch ein VOC-freies Produkt ersetzen?“
Technisch sollte ein solcher Wechsel als Prozessänderung betrachtet werden.
Vor einer Serienfreigabe empfiehlt es sich, unter anderem folgende Punkte zu überprüfen:
- Flussmittelauftrag und Sprühbild
- Auftragsmenge
- Vorheizleistung
- Leiterplattentemperatur
- Transportgeschwindigkeit
- Benetzung
- Durchstieg bei THT-Lötstellen
- Brückenbildung
- Lotperlen
- Rückstände nach dem Löten
- Wechselwirkungen mit unterschiedlichen Leiterplattenoberflächen
Besonders wichtig ist es, nicht mehrere Parameter gleichzeitig zu verändern.
Ein strukturierter Vergleich mit dem bestehenden Prozess erleichtert die Bewertung erheblich.
8. Prozesskosten statt nur Materialpreis betrachten
Bei der Bewertung eines Flussmittels sollte nicht ausschließlich der Preis pro Liter betrachtet werden.
Auch andere Faktoren können die tatsächlichen Prozesskosten beeinflussen:
- Lagerung brennbarer Flüssigkeiten
- innerbetriebliche Handhabung
- Transport
- Abluft
- Verbrauch
- Anlagenreinigung
- Ausschuss und Nacharbeit
- Energiebedarf der Vorheizung
Ein wasserbasiertes System kann an einigen Stellen Vorteile bieten, während beispielsweise eine stärkere Vorheizung zusätzliche Energie benötigt.
Eine seriöse Bewertung sollte deshalb immer den gesamten Prozess betrachten.
9. PRO W30 – VOC-freies Wellenlötflussmittel von SOLDER CHEMISTRY
Mit PRO W30 bietet SOLDER CHEMISTRY ein wasserbasiertes, VOC-freies Flussmittel für bleifreie Wellenlötprozesse.
Das Flussmittel wurde für industrielle Anwendungen entwickelt, bei denen zuverlässige Lötperformance mit den Vorteilen eines nicht brennbaren, wasserbasierten Systems verbunden werden soll.
Dabei gilt auch hier:
Der erfolgreiche Einsatz eines neuen Flussmittels hängt nicht allein vom Produkt ab.
Auftragsmenge, Vorheizung, Lötparameter und die jeweilige Baugruppe müssen aufeinander abgestimmt sein.
Deshalb betrachten wir bei einer Umstellung nicht nur das Flussmittel selbst, sondern den gesamten Wellenlötprozess.
Fazit
Wasserbasierte VOC-freie Flussmittel können in geeigneten Anwendungen eine Alternative zu traditionellen alkoholbasierten Systemen darstellen.
Der entscheidende Vorteil liegt nicht allein in der Reduzierung flüchtiger organischer Lösemittel. Auch Aspekte wie Brandlast, Lagerung und Arbeitssicherheit können für eine Umstellung sprechen.
Gleichzeitig erfordert Wasser eine andere Prozessführung als Alkohol. Insbesondere Flussmittelauftrag und Vorheizung müssen entsprechend berücksichtigt werden.
Die entscheidende Frage lautet deshalb nicht:
„Ist wasserbasiert besser als alkoholbasiert?“
Sondern:
„Welches Flussmittelsystem ermöglicht für unsere Baugruppe und unsere Anlage den stabilsten, sichersten und wirtschaftlichsten Prozess?“
Genau diese Betrachtung sollte am Anfang jeder Umstellung stehen.
