Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Klassifizierung von Flussmitteln

In der elektronischen Fertigung kommen zunehmen Baugruppen zum Einsatz die auf beiden Seiten vorwiegend mit SMD-Bauteilen bestückt sind. Für die Verarbeitung der zusätzlich vorhandenen THT-Bauteile werden Selektivlötverfahren genutzt. An solchen Baugruppen traten zunehmend Ausfälle auf, die durch Flussmittelrückstände in Verbindung mit Feuchtigkeit verursacht wurden, obwohl die für das Selektivlöten verwendeten Flussmittel bei der Klassifizierung den genormten SIR-Test bestanden hatten. Genauere Untersuchungen hatten aufgezeigt, dass unabhängig von Flussmittelauftrag und der Wärmeeinbringung während des Selektivlötens Flussmittelrückstände verbleiben können, die nicht vollständig der Lötwärme ausgesetzt waren und somit ein abweichendes Verhalten zeigen. Ziel des Vorhabens war es deshalb ein neues bzw. modifiziertes Prüfverfahren zu entwickeln, das eine schnelle und für jeden Anwendungsfall reproduzierbare Aussage über die Wirkungsweise der Flussmittelrückstände unter Feuchteeinwirkung zulässt. Im Rahmen des Projektes wurden deshalb Verfahren getestet, bei denen die Prüfbedingungen so ausgewählt wurden, dass eine schnelle Ausbildung eine Feuchtigkeitsfilms auf der Probenoberfläche erzeugt wird. Als geeignet hat sich das Verfahren, das auch in ersten Untersuchungen /21/ vielversprechende Ergebnisse geliefert hatte, herauskristallisiert. Bei diesem Verfahren wird der Versuch bei einer konstanten Temperatur von 85 °C und einer relativen Feuchte von 20 % gestartet und die Feuchte kontinuierlich auf 85 % erhöht. Die Messung des Oberflächenwiderstandes erfolgt kontinuierlich bei einer angelegten Spannung von 5 V. Es wurden acht verschiedene Flussmittel getestet. Diese wurden auf Testkämme mit Kupferoberfläche bzw. mit OSP-Oberfläche aufgebracht und ohne thermische Erwärmung dem Klima ausgesetzt. Es konnten eindeutige Zusammenhänge zwischen der Flussmittelzusammensetzung, der Flussmittelmenge und der Metallisierung der Testkämme gefunden werden. Für alle untersuchten Flussmitteln, bei denen kein vollständiger Ausfall registriert werden konnte, ergaben sich ähnliche Kurvenverläufe. Nach einem kurzzeitigen Abfall kommt es zunächst zu einem Anstieg des Widerstandswertes und nach mehreren Stunden stellt sich ein Plateau mit einem stabilen Wert ein. Als Beurteilungskriterium wurde der Widerstandswert, der sich nach Ablauf des Versuches als maximaler Wert im Plateau eingestellt hat herangezogen. Als weiteres Kriterium wurde noch die Zeit, bei der der Anstieg des Oberflächenwiderstandes einsetzt betrachtet. Abhängig von der Metallisierungsoberfläche des Testkamms, der Flussmittelmenge und der Flussmittelzusammensetzung konnten Unterschiede im erreichten Widerstandswert gefunden werden. Das beste Verhalten zeigten die Flussmittel Nr. 4 und Nr. 5, bei denen kein Ausfall registriert werden konnte und Widerstandswerte im Bereich von 1,00 E+02 M Ohm und höher erreicht wurden. Bei den Flussmitteln Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 traten bei den Proben mit Kupferoberfläche und einer Flussmittelmenge von 1 ml generell Ausfälle bzw. Widerstandswerte unterhalb von 1,00 E+01 M Ohm auf. Um die Reproduzierbarkeit des Prüfverfahrens nachzuweisen wurden noch Tests an zwei ausgewählten Flussmitteln bei Firmen aus dem PBA durchgeführt. Bei allen drei Stellen konnten ähnliche Ergebnisse erzielt werden. Anhand der durchgeführten Untersuchungen und der erzielten Ergebnisse ist festzustellen, dass das getestete Prüfverfahren geeignet ist innerhalb eines Tages Unterschiede im Verhalten von Flussmittelrückständen unter Feuchteeinwirkung herauszufiltern und zu bewerten. Das Verfahren bietet somit eine sinnvolle Ergänzung oder sogar einen Ersatz zu dem derzeit genormten SIR-Test. Somit wurde das Ziel des Forschungsprojektes erreicht. Um den Test auch als genormten Test einführen zu können sind noch weitere Absicherungen mit Ergebnissen aus der Anwendung in der Serienfertigung notwendig. Hier wird in den nächsten Monaten anhand der vorliegenden Erkenntnisse noch eine Diskussion und Klärung offener Fragen mit den Industrievertretern des projektbegleitenden Ausschusses stattfinden und die Umsetzung in ein genormtes Verfahren weiter verfolgt.