Wasserbasierte Flussmittel – VOC-freie Alternative

Den erster Technologie-Trend-Tag der neuen digitalen Reihe bestritt die Seho Systems GmbH, Kreuzwertheim, zusammen mit der Stannol GmbH & Co. KG. Thema waren wasserbasierte Flussmittel. Dabei wurde, moderiert von Heike Schlessmann, Seho, praktisches Wissen rund um ihren Einsatz vermittelt. Referenten waren Jens Gruse, Stannol, und Dr. Ronny Horn, Seho, die jeweils etwa 40-minütige Präsentationen darüber hielten, welche Vorteile wasserbasierte Flussmittel bieten, was bei der Prozessumstellung zu beachten ist und wie die Anlagentechnik realisiert werden kann, um Taktzeiteinbußen zu vermeiden. In einer Diskussionsrunde wurden danach Teilnehmerfragen von den Experten beantwortet.

Unterschiede alkohol- und wasserbasiert

Beispiel aus dem Stannol-Flussmittel-ProgrammAusgehend von den Aufgaben der Flussmittel beim Löten ging Jens Gruse in seiner ,Wasserbasierte Flussmittel zum Wellen- und Selektivlöten – Vorteile von Flussmitteln auf Wasserbasis' betitelten Präsentation auf die Unterschiede von alkohol- und wasserbasierten Flussmitteln ein. Die Zusammensetzung der Flussmittel unterscheidet sich im Lösungsmittel sowie bei den Aktivatoren und wasserbasierte Flussmittel enthalten kein Kolophonium und keine Harze. Die Klassifizierung und Kennzeichnung nach J-STD-004B bzw. ISO/IEC spiegelt dies wieder.

Bei SIR-Tests liefern wasser- und alkoholbasierende Flussmittel vergleichbare Ergebnisse. Jens Gruse stellte dazu Vergleichsdaten und Kupferspiegeltestergebnisse verschiedener Flussmittelbeispiele vor. Auch das Auftragen mittels Sprühfluxer ist problemlos und ergibt Ähnliches. Halb- und vollwässrige Flussmittel erfordern allerdings, dass bei den Lötanlagen aufgrund der höheren Verdampfungstemperatur und des Wärmebedarfs die Vorheizung optimiert wird. Denn, damit das Wasser zu verdampfen beginnt, sind 20 K bis 30 K höhere Temperaturen erforderlich als für Alkohol. Und die Leiterplatte muss ganz trocken sein, bevor sie mit der Lötwelle in Kontakt kommt, um Lotperlenbildung zu vermeiden. Die Lötanlagen sollten hinsichtlich der Verträglichkeit mit wasserbasierten Flussmitteln geprüft werden – Eisenteile können rosten. Wasserbasierte Flussmittel sind VOC-frei, was angesichts zunehmender Forderungen ein Vorteil ist. Zudem gibt es Kosteneinsparpotentiale. Bei der aktuellen Marktsituation und Verfügbarkeit von IPA und Ethanol sind dies etwa 18 %. Dazu kommen die Einsparungen beim Transport (kein Gefahrgut) und bei der Lagerung (keine gefährlichen, brennbaren Güter) sowie die (mögliche) 20 % bis 50 % reduzierte Auftragsmenge. Der Marktanteil wasserbasierter Flussmittel liegt derzeit um die 10 %.

Ein Problem für den Lötprozess?

Der Frage, ob wasserbasierte Flussmittel ein Problem für den Lötprozess sein können, ging Dr. Horn nach. Als weiteren möglichen Flussmittelauftrag stellte er den Plasma-Fluxprozess und die dafür konzipierten Anlagen sowie deren Ergebnisse vor – eine vollkommen lösemittelfreie Alternative. Danach folgten ausgehend vom höheren Energiebedarf bzw. längeren Zeitbedarf beim Vorheizen Hinweise und praktische Tipps, wie die Prozessumstellung von alkohol- auf wasserbasierte Flussmittel auch ohne Taktzeitverlust funktioniert. Mögliche Ansatzpunkte bei bestehendem Equipment sind die zusätzliche Installation einer Oberseitenheizung in Form von Konvektionsvorheizungsmodulen oder von Pulsar-Vorheizungen. Erstere bewirken eine homogene Durchwärmung der Baugruppe und unterstützen den Verdampfungsprozess. Letztere zeichnen sich durch einen hohen Energieeintrag aus, was ideal bei massereichen Produkten ist. Auch eine Umrüstung von Quarz- oder IR- auf Pulsar-Vorheizung ist möglich, woraus eine etwa 20 % höhere Vorheizleistung passend zum höheren Bedarf resultiert.

Ein großer Vorteil der Pulsar-Vorheizung ist die hohe Regelungsgeschwindigkeit, so dass ein quasi verzögerungsfreies Umschalten zwischen verschiedenen Produkten möglich ist. Zudem kann der Stand-By-Verbrauch deutliche reduziert werden. 30 % bis 50 % weniger Energieverbrauch bei mittlerer bis niedriger Auslastung sind möglich. Weitere Effekte bringen Installation zusätzlicher Heizstationen innerhalb der oder eines separaten Vorheizmoduls vor der Anlage, wie Dr. Ronny Horn an Beispielen aufzeigte. Durch Nachrüsten von Pyrometern kann zudem ein Gradienten-gesteuerter, optimierter Vorheizprozess realisiert werden. Eine optionale Stickstoffvorwärmung im Lötbereich liefert zusätzliche Wärmeenergie unmittelbar vor Eintritt in die Lötwelle.

Fazit des ersten Technologie-Trend-Tags

Generell sind alle Lötanlagen auch für die Verarbeitung wasserbasierter Flussmittel geeignet. Ein zweites Flussmittelsystem unterstützt die schrittweise Umstellung und bietet höchste Prozesssicherheit. Durch Installation zusätzlicher Einheiten im Vorheizbereich können Taktzeitverluste vermieden werden. Eine zusätzliche Temperatursensorik hilft, unnötigen Stress der Baugruppen zu vermeiden. Seho und Stannol bieten Unterstützung bei der Umstellung an. Der digitale Technologie-Trend-Tag bildete den gelungenen Auftakt für die Reihe digitaler Events, die Seho für 2021 plant. Der Event-Kalender wird nach und nach mit weiteren spannenden Themen ausgebaut. Das zweite Online-Event zum Thema Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz beim Wellenlöten ist bereits terminiert.