Lötflussmittel für Leiterplatten: Arten, Verwendung und Reinigung

Lötflussmittel ist eine chemische Zusammensetzung, die das Benetzen von Metalloberflächen durch Lot unterstützt, indem sie Oxide entfernt und die erneute Oxidation während des Erhitzens begrenzt. Bei der Leiterplattenbestückung kann es separat aufgetragen werden oder im Lötdraht beziehungsweise in der Lotpaste enthalten sein. Die Wahl beeinflusst nicht nur die Bildung der Lötstelle, sondern auch die Rückstände, die auf der fertigen Leiterplatte verbleiben.

Wichtige Erkenntnisse

• Flussmittel unterstützt das Benetzen der Lötstelle durch das Lot; die Lotlegierung liefert das Metall, aus dem die Verbindung entsteht.
• Kolophoniumhaltig, No-Clean und wasserlöslich beschreiben die Flussmittelchemie oder das Verhalten der Rückstände. Stift, Flüssigkeit, Gel, Füllung im Lötdraht oder Paste beschreiben die Form, in der das Material bereitgestellt wird.
• Die Bezeichnung „No-Clean“ beantwortet nicht automatisch alle Fragen zu Beschichtungen, Verunreinigungen oder Zuverlässigkeit. Legen Sie vor der Produktion den vollständigen Prozess und die Anforderungen an die Verifizierung fest.
• Wasserlösliche Formulierungen erfordern in der Regel einen qualifizierten Reinigungsprozess. Befolgen Sie die Anweisungen für das ausgewählte Produkt und die Vorgaben für die Baugruppe.

Was bewirkt Lötflussmittel?

Flussmittel bereitet Oberflächen auf das Löten vor und trägt dazu bei, Bedingungen aufrechtzuerhalten, unter denen geschmolzenes Lot sie benetzen kann. Auf Kupferpads, Bauteilanschlüssen und Lotpartikeln können sich Oxidschichten bilden, die den Kontakt zwischen dem Lot und dem darunterliegenden Metall beeinträchtigen.

Beim Erhitzen wirkt ein geeignetes Flussmittel auf mehrere Arten:

1. Wirkt gegen Oberflächenoxide. Aktivatoren in der Formulierung reagieren unter den vorgesehenen Anwendungsbedingungen des Flussmittels mit Oxiden.
2. Begrenzt weitere Oxidation. Das Flussmittelmedium trägt dazu bei, freiliegende Oberflächen während des Lötvorgangs zu schützen.
3. Unterstützt die Benetzung. Sind Oberflächenbarrieren reduziert, kann sich geschmolzenes Lot auf geeigneten Oberflächen ausbreiten und eine Lötstelle bilden.

Das Flussmittel ist nur ein Teil des Prozesses. Oberflächenbeschaffenheit, Sauberkeit, Legierung, Wärmeübertragung, Zeit und Zustand der Bauteile beeinflussen ebenfalls das Ergebnis. Eine mangelhafte Lötstelle lässt sich nicht zuverlässig allein durch Zugabe von mehr Flussmittel korrigieren. Informationen zu den grundlegenden Klassifizierungen und zu Rückständen finden Sie im Leitfaden von Chemtronics zu Flussmitteln für die Elektronik.

Lötflussmittel und Lotpaste im Vergleich

Lötflussmittel und Lotpaste hängen miteinander zusammen, sind aber nicht austauschbar. Lotpaste enthält feines Lotlegierungspulver, das in einem Flussmittelmedium suspendiert ist. Separates Flussmittel enthält keine Lotlegierung, aus der die Lötstelle gebildet wird.

Material	Was es enthält	Häufige Verwendung
Separates Flussmittel	Flussmittelformulierung	Handlöten, Nacharbeiten, Wellen- oder Selektivlöten
Flussmittelseele im Lötdraht	Lotlegierung und Flussmittel im Lötdraht	Handlöten und bestimmte Nacharbeiten
Lotpaste	Lotlegierungspulver und ein Flussmittelmedium	Schablonendruck oder Dosieren vor dem Reflow-Löten

Das Flussmittel in der Paste trägt außerdem dazu bei, dass die Paste bei Lagerung, Druck und Reflow-Löten ihre Funktion erfüllt. Indiums Erläuterung zum Flussmittel in Lotpaste beschreibt diese Funktionen. Ein flussmittelgefüllter Lötdraht kann für eine bestimmte Aufgabe ausreichend Flussmittel liefern, doch anspruchsvolle Nacharbeiten oder ein bestimmtes Verfahren können zusätzliches, kompatibles Flussmittel erfordern.

Arten von Lötflussmitteln und ihre Rückstände

Der sinnvollste Vergleich beginnt mit dem Produktdatenblatt: Was soll das Flussmittel bewirken, was bleibt nach dem Löten zurück und wie sind diese Rückstände zu behandeln? Die gängigen Bezeichnungen können sich überschneiden; sie bilden keine einheitliche Gruppe gegenseitig ausschließlicher Chemieklassen.

Beschreibung	Typischer Aspekt	Rückstände und Reinigung
Kolophonium- oder harzbasiert	Wird in vielen Lötmittelformulierungen für die Elektronik verwendet; die Aktivität variiert je nach Produkt	Die Rückstände variieren. Befolgen Sie die Produktanweisungen und die Sauberkeitsanforderungen für die Baugruppe.
No-Clean	Für einen Prozess ausgelegt, bei dem bestimmte Rückstände nach dem Löten verbleiben dürfen	Rückstände dürfen verbleiben, wenn der gesamte Prozess und die Anwendung qualifiziert sind. Für ein bestimmtes Produkt oder einen nachfolgenden Arbeitsschritt kann dennoch eine Reinigung erforderlich sein.
Wasserlöslich	So ausgelegt, dass sich Rückstände mit einem geeigneten wasserbasierten Verfahren entfernen lassen	Erfordert nach dem Löten in der Regel eine Reinigung; Ausrüstung, Zeitplanung, Wasserqualität und Trocknungsverfahren hängen vom Produkt und Prozess ab.
Anorganisches Flussmittel oder Säureflussmittel für die Sanitärinstallation	Häufig für die aggressive Reinigung anderer Metallarbeiten formuliert	Ersetzen Sie Elektronik-Flussmittel nicht durch Flussmittel für Sanitärinstallationen; ungeeignete Rückstände können eine Baugruppe beschädigen.

Wie Flussmittelklassifizierungen helfen

IPC J-STD-004 klassifiziert Flussmittel anhand ihrer Zusammensetzung und weiterer geprüfter Eigenschaften, darunter Aktivität und Halogenidkennzeichnung. ROL0 bezeichnet beispielsweise ein kolophoniumbasiertes (RO) Flussmittel mit geringer Aktivität (L) und der Halogenidkennzeichnung 0 nach der Norm. Die Kennzeichnung wird durch die jeweils geltenden Prüfkriterien definiert; sie sollte nicht als Garantie ausgelegt werden, dass keinerlei Halogenidspuren vorhanden sind. Diese Klassifizierung belegt für sich genommen nicht die Kompatibilität mit einer bestimmten Leiterplatte, Beschichtung, einem Reinigungsverfahren oder einer Einsatzumgebung. Die genauen Definitionen finden Sie in der jeweils geltenden Ausgabe und in der Dokumentation des Materiallieferanten.

Die Inhaltsverzeichnis und Auszug zur Klassifizierung aus IPC J-STD-004B ist ein nützlicher Ausgangspunkt; verwenden Sie bei Einkaufs- oder Abnahmeentscheidungen die für die Arbeit angegebene Ausgabe.

So wählen Sie Flussmittel für die Leiterplattenbestückung aus

Wählen Sie das Flussmittel passend zum Lötprozess und zur vorgesehenen Rückstandsstrategie aus. Ein Material, das für sich genommen gut benetzt, kann dennoch ungeeignet sein, wenn sich seine Rückstände unter den Bauteilen nicht entfernen lassen, die Beschichtung beeinträchtigen oder nicht den Sauberkeitsanforderungen des Kunden entsprechen.

Bestückungssituation	Fragen, die mit dem Bestückungsdienstleister zu klären sind
Allgemeine Elektronikfertigung	Welches Flussmittel und welcher Prozess sind qualifiziert? Sollen Rückstände verbleiben? Welche Produktdokumentation ist maßgeblich?
Bestückung mit erforderlicher Reinigung	Vertragen Leiterplatte, Bauteile, Steckverbinder und Beschriftungen den Reiniger sowie den Temperatur-, Spül- und Trocknungsprozess? Kann der Reiniger Bereiche mit geringem Abstand erreichen und wieder verlassen?
Leiterplatte, die eine Schutzbeschichtung erhält	Sind Rückstände und Beschichtung miteinander kompatibel? Verlangt der Beschichtungslieferant eine Reinigung oder eine Haftungsprüfung?
Empfindliche oder hochzuverlässige Baugruppe	Welche Einsatzumgebung, welcher Abnahmestandard, welche Prüfmethode und welche Aufzeichnungen sind erforderlich? Wie werden Änderungen an Material oder Prozess kontrolliert?

Gehen Sie nicht davon aus, dass wasserlösliches Flussmittel automatisch sauberer ist oder dass ein No-Clean-Flussmittel grundsätzlich ohne Reinigung geeignet ist. In beiden Fällen hängt das Ergebnis davon ab, dass der vorgesehene Prozess ordnungsgemäß durchgeführt und validiert wird. Bei einer Leiterplatte mit eng beieinanderliegenden Leitern, Bauteilen mit geringer Bauhöhe oder Feuchtigkeitseinwirkung kann eine eingehendere Kontaminationsbewertung erforderlich sein als bei einem einfachen Prototyp.

Teilen Sie dem Bestückungsdienstleister die vorgesehene Einsatzumgebung, die Oberflächenbeschichtung, die Lotlegierung, die Lötverfahren sowie geplante nachgelagerte Beschichtungs- oder Vergussprozesse mit. Der Leiterplattenbestückungsprozess erläutert, wie diese Entscheidungen in den Gesamtfertigungsablauf passen.

Wie Flussmittel bei Lötprozessen aufgetragen wird

Die Zuführung des Flussmittels hängt vom Prozess ab. Die Lieferform des Flussmittels ist nicht mit seiner Chemie oder seiner Reinigungs-Klassifizierung gleichzusetzen.

Handlöten und Nacharbeiten

Flussmittelseele in Lötdraht führt Lotlegierung und Flussmittel zusammen zu. Wenn das Verfahren es vorsieht, kann ein Techniker außerdem einen kompatiblen Stift, ein flüssiges Flussmittel oder ein Gel verwenden, etwa beim Entfernen von Bauteilen oder bei Nacharbeiten an Bauteilen mit feinem Raster. Verwenden Sie nur die Mengen, die laut Produktanleitung und Prozess erforderlich sind; übermäßige Rückstände können die Prüfung oder eine anschließende Reinigung erschweren.

Lötdämpfe können gesundheitsschädlich sein. Die britische Arbeitsschutzbehörde Health and Safety Executive nennt Dämpfe aus kolophoniumbasiertem Flussmittel als Ursache von berufsbedingtem Asthma und empfiehlt, die Exposition durch geeignete, gewartete Absaugung zu begrenzen. Befolgen Sie die Sicherheitsdatenblätter für Flussmittel und Reiniger sowie die betrieblichen Verfahren zu Belüftung, Schutzausrüstung, Handhabung und Entsorgung. Bleifreies Lot beseitigt die Flussmitteldämpfe nicht.

SMT-Reflow

Bei der Oberflächenmontage wird Lotpaste üblicherweise vor dem Bestücken auf die Lötflächen gedruckt oder dosiert. Das Flussmittel in der Paste wirkt während des Erhitzens, und die Lotlegierung schmilzt und bildet die Lötstellen. Handhabung der Paste und Temperaturprofil müssen auf Material und Baugruppe abgestimmt sein. Informationen zu den Ofenphasen und den Abwägungen beim Temperaturprofil finden Sie unter Leitfaden zum Reflow-Löten.

Wellen- und Selektivlöten

Flussmittel kann aufgetragen werden, bevor die Leiterplatte mit flüssigem Lot in Kontakt kommt. Anlagen, Benetzung, Erwärmung und Rückstandsstrategie werden auf Flussmittel und Baugruppe abgestimmt. Bei Leiterplatten mit gemischter Bestückung können während der Fertigung oder Nacharbeit mehrere Flussmittel zum Einsatz kommen; daher ist die Kompatibilität dieser Materialien wichtig.

Müssen Flussmittelrückstände gereinigt werden?

Flussmittelrückstände müssen gereinigt werden, wenn dies laut Anleitung des gewählten Materials, Produktspezifikation oder einem qualifizierten nachgelagerten Prozess erforderlich ist. Die Kennzeichnung „No-Clean“ bedeutet, dass das Produkt unter geeigneten Bedingungen ohne routinemäßigen Reinigungsschritt verwendet werden soll; sie ist keine pauschale Garantie für jede Leiterplatte und Einsatzumgebung.

Bevor Sie entscheiden, ob Rückstände verbleiben oder entfernt werden sollen, prüfen Sie Folgendes:

1. Materialanweisungen: Schreibt der Flussmittellieferant eine Reinigung, einen kompatiblen Reiniger oder eine Frist für die Reinigung vor?
2. Anforderungen an die Baugruppe: Gibt der Kunde eine Sauberkeitsprüfmethode, einen Standard, ein Abnahmekriterium oder ein zu dokumentierendes Ergebnis vor?
3. Nachgelagerte Prozesse: Können Rückstände die Haftung einer Beschichtung, den Verguss, Kontaktflächen, den Zugang für Prüfungen oder andere Vorgänge beeinträchtigen?
4. Zugänglichkeit für die Reinigung: Kann der Prozess Bereiche unter Bauteilen mit geringer Bauhöhe erreichen und die gelösten Rückstände entfernen sowie die Baugruppe anschließend ausreichend spülen und trocknen?
5. Verifizierung: Welche Nachweise belegen, dass der ausgewählte Prozess die Anforderungen dieses Produkts erfüllt?

Die Reinigung von No-Clean-Rückständen ist nicht automatisch eine Verbesserung. Indiums Leitfaden zu No-Clean-Flussmitteln weist darauf hin, dass eine unvollständige Entfernung freiliegende Rückstände hinterlassen kann, und empfiehlt bei erforderlicher Entfernung ein kompatibles Reinigungsverfahren. Qualifizieren Sie den gesamten Reinigungs- und Trocknungsprozess, statt anzunehmen, dass ein schnelles Abwischen mit Lösungsmittel ausreicht.

Wie wird die Sauberkeit überprüft?

Bei einer Sichtprüfung können offensichtliche Ablagerungen auffallen. Eine sauber aussehende Leiterplatte ist jedoch nicht zwangsläufig frei von elektrisch relevanten Verunreinigungen. Verschiedene Prüfungen beantworten unterschiedliche Fragen:

• ROSE-Prüfung bewertet die extrahierbare ionische Verunreinigung als Gesamtmessung nach einem festgelegten Verfahren. IPC-Prüfverfahren 2.3.25, Revision D beschreibt es als Werkzeug zur Prozesskontrolle, das weder einzelne ionische Spezies identifiziert noch die Zuverlässigkeit vorhersagt.
• Ionenchromatographie kann ausgewählte ionische Spezies in einem Extrakt identifizieren und quantifizieren. IPC-Prüfverfahren 2.3.28, Revision B beschreibt das Verfahren und weist darauf hin, dass das Extraktionsverfahren bestimmte Baugruppen beschädigen kann.
• Oberflächenisolationswiderstand (SIR) Bei der Prüfung wird der elektrische Widerstand unter festgelegten Bedingungen gemessen. Sie kann helfen, das rückstandsbedingte elektrische Verhalten zu beurteilen. Indiums Erläuterung zum SIR beschreibt dessen Verwendung bei der Bewertung von Flussmitteln.

Legen Sie sich vor der Fertigung auf das Verfahren, die Probenahme, die Grenzwerte und alle produktspezifischen Qualifizierungen fest. Übernehmen Sie keinen einzelnen Zahlenwert von einer nicht verwandten Baugruppe. Der Leitfaden IPC J-STD-001 erläutert, warum die festgelegte Revision, die Produktklasse und die vereinbarten Nachweise wichtig sind.

Ein durchgearbeitetes Beispiel: Flussmittel und Reinigung vor der Bestellung festlegen

Betrachten wir als anschauliches Beispiel eine industrielle Steuerung, die mit einer Schutzbeschichtung versehen wird und in feuchter Umgebung betrieben werden soll. Dies ist ein Planungsbeispiel, kein geprüfter Fertigungsaufbau und keine Empfehlung für ein bestimmtes Material.

Statt lediglich »No-Clean-Flussmittel verwenden« zu schreiben, kann der Käufer dem Bestücker ein kurzes Anforderungspaket schicken:

• Baugruppe und Prozess: Geben Sie die Leiterplattenrevision, die Oberflächenbeschichtung, die Lötlegierung sowie die geplanten Reflow-, Durchstecklöt- und Nacharbeitsprozesse an.
• Endverwendung: Beschreiben Sie die Feuchtigkeitseinwirkung sowie empfindliche elektrische Abstände oder andere Zuverlässigkeitsanforderungen.
• Nachgelagerter Prozessschritt: Geben Sie das Beschichtungsmaterial und die Bereiche an, die unbeschichtet oder elektrisch zugänglich bleiben müssen.
• Flussmittel und Rückstände: Fragen Sie, welche Materialien für die einzelnen Lötphasen vorgesehen sind und ob ihre Rückstände verbleiben oder entfernt werden.
• Nachweise und Abnahmekriterien: Vereinbaren Sie vor der Fertigung die relevanten Materialunterlagen, Prüfungen zur Verträglichkeit von Reinigung und Beschichtung, das Prüfverfahren, die Abnahmekriterien und die zugehörigen Aufzeichnungen.
• Änderungskontrolle: Vereinbaren Sie, bei welchen Änderungen des Flussmittels, Reinigers, Temperaturprofils oder Beschichtungsprozesses eine Überprüfung oder erneute Qualifizierung erforderlich ist.

Der Bestücker und der Beschichtungsanbieter können dann feststellen, ob die ausgewählten Materialien und der Prozess miteinander verträglich sind. Ziel ist es, die Entscheidung vor der Fertigung nachvollziehbar festzuhalten, nicht, eine Reinigung oder eine bestimmte Prüfung für jede Leiterplatte vorzuschreiben.

Häufige flussmittelbedingte Probleme

Symptom	Mögliche Ursachen	Sinnvoller nächster Prüfschritt
Das Lot benetzt ein Lötpad schlecht	Oxidation, Probleme mit der Oberflächenbeschichtung, unzureichende Wärme, ungeeignetes oder verbrauchtes Flussmittel	Prüfen Sie den Oberflächenzustand, die Haltbarkeit der Materialien und das tatsächliche Temperaturprofil.
Sichtbare Rückstände bleiben zurück	Flussmittelrezeptur, Auftragsmenge, Erwärmung oder Reinigungsprozess	Bestimmen Sie das Material und vergleichen Sie die Rückstände mit den Produkt- und Kundenanforderungen.
Die Haftung der Beschichtung ist uneinheitlich	Rückstände, andere Verunreinigungen, Vorbereitung der Beschichtung oder Aushärtungsbedingungen	Prüfen Sie die Verträglichkeit von Flussmittel und Beschichtung sowie den qualifizierten Reinigungs- und Beschichtungsprozess.
Nach der Reinigung bleiben unter einem Bauteil mit geringer Bauhöhe Rückstände zurück	Eingeschränkter Zugang für Flüssigkeiten, unzureichendes Spülen oder ein unverträglicher Reiniger	Bewerten Sie Zugänglichkeit, Reinigungschemie, Spül- und Trocknungsbedingungen sowie produktspezifische Verifizierung.

Dies sind Ansätze zur Untersuchung, keine Diagnosen. Zur Prozesskontrolle vor dem Reflow Lotpasteninspektion kann dabei helfen, Druckprobleme zu erkennen, die sich nicht allein durch einen Wechsel des Flussmittels beheben lassen.

Häufig gestellte Fragen zu Lötflussmitteln

Ist Lötflussmittel elektrisch leitfähig?

Die Antwort hängt von der Rezeptur, der Verarbeitung, den Rückständen und der Umgebung ab. Manche Rückstände sind dafür vorgesehen, nach einem qualifizierten No-Clean-Prozess auf der Baugruppe zu verbleiben. Feuchtigkeit, Verunreinigungen, unvollständige Verarbeitung oder andere Bedingungen können jedoch das elektrische Verhalten beeinflussen. Beurteilen Sie die gesamte Baugruppe, statt anzunehmen, dass jeder Rückstand entweder leitfähig oder unbedenklich ist.

Kann man löten, ohne zusätzliches Flussmittel aufzutragen?

Ja. Lötdraht mit Flussmittelseele und Lotpaste enthalten bereits Flussmittel, sodass bei bestimmten Arbeiten möglicherweise kein zusätzliches Flussmittel aufgetragen werden muss. Beachten Sie die Materialanweisungen und das geltende Löt- oder Nacharbeitsverfahren.

Sind Rückstände von No-Clean-Flussmittel auf einer Leiterplatte immer unbedenklich?

Nein. No-Clean-Produkte sind dafür ausgelegt, dass ihre Rückstände unter geeigneten Bedingungen verbleiben können. Dennoch sind die fertige Baugruppe, die Einsatzumgebung, eine nachfolgende Beschichtung und die Kundenanforderungen zu berücksichtigen. Validieren Sie das Verfahren für den vorgesehenen Einsatz.

Kann Installationsflussmittel für Elektronik verwendet werden?

Verwenden Sie Installationsflussmittel nicht als Ersatz für ein für die Elektronik zugelassenes Flussmittel. Wählen Sie ein für elektronische Baugruppen vorgesehenes Material und beachten Sie die Anweisungen zu Rückständen und Reinigung.

Ist Lotpaste dasselbe wie Flussmittelpaste?

Nicht unbedingt. Lotpaste enthält Legierungspulver und ein Flussmittelmedium. Ein als Flussmittelpaste oder -gel angebotenes Produkt kann Flussmittel enthalten, aber keine Lotlegierung. Lesen Sie vor der Verwendung das Produktetikett und das Datenblatt.

Flussmittel- und Rückstandsstrategie gemeinsam planen

Ein zuverlässiger Lötprozess beginnt mit einem kompatiblen Material, geeigneter Erwärmung und einem klaren Plan für die verbleibenden Rückstände. Legen Sie diese Punkte zusammen mit den Anforderungen an Beschichtung, Reinigung, Prüfung und Abnahme fest, bevor Sie die Baugruppe bestellen.

Besprechen Sie bei einem neuen Fertigungsprojekt das Leiterplattendesign und die Prozessanforderungen mit einem Leiterplattenbestückungsdienstleister und nehmen Sie besondere Dokumentations- oder Sauberkeitsanforderungen in die Bestellung auf.