Eltville, 04.08.2015
Soldering is one of the most important process steps in today's connection technology. Solders are metal alloys that have a lower melting point than the base metals in the contact surfaces of the printed circuit board and the component. Once the solder has melted, it forms a contact with these base metals. This requires the application of heat. The solder must be melted and the base metals must absorb enough heat to ensure the flow of solder.
The base metals and the solder are oxidized on their surface by atmospheric oxygen and environmental influences. These oxides interfere with the melting behavior and the structure of the joint layer. Fluxes must be used to prevent this. Fluxes are substances or mixtures that are able to reduce oxides to metals and prevent reoxidation. The surfaces of the base metal and the solder become metallically bright. This state can be maintained in the soldering process thanks to the flux. The melting and flow of the solder is significantly improved and the connection zones can form well.
With the further development of electronics, the fluxes also had to be constantly adapted. Initially, the PCBs had a very simple structure and the conductor spacing was sometimes quite large. The standard solder used was the eutectic tin-lead solder. The fluxes had a high solids content to safeguard the soldering process. It was often applied using a foam fluxer. Avoiding flux residues was not of major importance.
With the increasing use of electronic components in many areas of industry, printed circuit boards became more delicate and spray fluxing became established in system technology. Smaller track spacings brought the issue of flux residues and their behavior on the finished assembly into focus, as this could lead to corrosion, oxidation and destruction of the solder connections. The risk of short circuits caused by flux residues increased enormously due to the packing density on the PCBs. Future fluxes still had to provide reliable soldering with a lower solids content.
Eine Zäsur in der Elektronikfertigung ergab sich durch das Verwendungsverbot von Blei und anderen gefährliche Stoffen im Zuge der am 01.06.2006 in Kraft tretenden RoHS-Verordnung. Alternative bleifreie Lote schmolzen etwa bei 30-45°C höheren Temperaturen als bleihaltige Lote. Ihr chemisch-physikalisches Verhalten war schwieriger, da diese Lote sehr empfindlich auf das Absenken der Temperatur reagierten. Diese Temperaturabsenkungen konnten teilweise durch die Leiterplatte selber verursacht werden. Damit musste der Lötprozess angepasst werden. Die Lotwellentemperatur wurde um 10-20 °C erhöht und die Vorheizung musste mehr Wärme in die Leiterplatte einbringen, um ein Stocken des Lotflusses zu verhindern. Die Flussmittel mussten diesen Prozessveränderungen entsprechen. Dies bedeutete, dass sie thermisch stabiler werden mussten und auch bei höheren Temperaturen noch aktiv die Oxide lösen und Reoxidation verhindern sollten.
Parallel to the switch to lead-free alloys, the flux residues remaining on the PCB were evaluated more and more critically. This resulted in detailed requirements for the fluxes. Remaining flux residues should only have a low corrosion potential and a high surface resistance. Halide-free formulations, labeled as L0 according to DIN EN 61 191-1-1, offered the best conditions for this.
Schon in der Vorlaufphase zur Bleifrei-Umstellung wurde bei Emil Otto eine neue Flussmittelserie auf Basis synthetischer Harze und einer Zusammenstellung von Aktivatoren entwickelt, die die im bleifreien Prozess geforderten Eigenschaften besaßen. Die GSP-Reihe mit den Produkten „GSP-2533/RX“ und „GSP-2533/RX/OVAP“ wurde auch in der Arbeitsgruppe BFE (bleifreies Löten) für zahlreiche Untersuchungen genutzt und für gut befunden. Diese Produkte fanden schnell den Weg in die Industrie und sind noch heute dort vertreten. Im Zuge der Weiterentwicklung und Verbesserung des Langzeitverhaltens wurde dann ebenfalls auf Basis synthetischen Harzes die Produktgruppe „S-250“ mit den Flussmitteln „S-250/FRO“ zum Sprühfluxen und „S-250/FR“ zum Schaumfluxen entwickelt. Es zeichnet sich durch sehr gute Löteigenschaften und hohe Sauberkeit (Rückstandverhalten) aus und hat sich industriell bestens bewährt. Beide Serien sind halogenfrei und als L0 zu klassifizieren.
With the increase in mixed assemblies, high packing densities and ever smaller components, the process performance of solder, system technology and flux has been further advanced. As a result, the use of selective soldering processes is currently on the increase. In this process, the thermal load only occurs in the sections of the PCB that are to be soldered. The flux wetting is spatially limited and the solder supply is very precisely controlled. This process also requires special fluxes in order to make optimum use of the creep properties and to counteract possible corrosion on the PCB. With the selective soldering fluxes "RS-4004", "SD-35" and "HR/D-110", products specially designed for the selective soldering process are available in accordance with the above-mentioned criteria.
Growing environmental awareness and occupational safety issues are further areas that are leading to changes in fluxing agents. The industry is considering replacing the traditional solvent alcohol in fluxes. The alcohols ethanol and isopropanol are standard solvents and can ignite at 12°C if an ignition source is present. This poses considerable risks during transportation and handling.
Auf Kundenseite müssen die Produktions- und Lagermitarbeiter speziell im Umgang mit diesen Produkten geschult werden und die Unternehmen müssen bei dem Transport und der Lagerung strikte Rahmenbedingungen und Gesetze einhalten. Dies führt zu einem massiven Mehraufwand auf Hersteller- und Kundenseite und somit wiederrum zu erheblichen Mehrkosten. Alternativ wurden daher Flussmittel auf der Lösemittelbasis Wasser entwickelt. Diese sind nicht brennbar, setzen keine FCKW frei, sind in der Handhabung und im Transport absolut unbedenklich und sind inzwischen in der gängigen Elektronikfertigung im Industrieeinsatz. Stellvertretend für diese Gruppe sind die Wasserbasis-Flussmittel „WB-35/SOX/DT“ oder WB-35/EK 1405“. Beim Umstellungsprozess begleiten Emil Otto den Kunden vor Ort an der Anlage.
Die Firma Emil Otto, gegründet 1901 in Magdeburg, beschäftigt sich seit der Gründung mit der Entwicklung und Fertigung von Flussmitten. Waren es anfangs Weichlöt- und Hartlötflussmittel für den metallverarbeitenden Bereich in Industrie und Handwerk, so verschob sich der Schwerpunkt ab den 70-iger Jahren zu den Elektronikflussmitteln. All die zuvor genannten Entwicklungen haben die Produkte von Emil Otto mitgeprägt. Heute kann Emil Otto eine Flussmittelpalette bieten, die im Bereich der alkoholbasierten und wasserbasierten Elektronikflussmittel alle Wellenlötbereiche abdeckt. Darüber hinaus werden spezifische Lösungen für das Selektivlöten, Bügellöten und weitere Sonderfälle angeboten. Flussmittel für die Kabelkonfektionierung und die Litzenverzinnung wurden ebenfalls entwickelt und erfolgreich im Markt eingeführt.