DE19536966A1 - Flußmittelgemisch sowie Verfahren zum Aufbringen desselben - Google Patents
Flußmittelgemisch sowie Verfahren zum Aufbringen desselbenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Flußmittelgemische mit Kohlendioxid
(CO₂) für Lötvorgänge ohne Einsatz von flüchtigen organi
schen Verbindungen und ohne Reinigungsvorgang.
Es sind zwei Arten von Flux-Verfahren (Verfahren zum Auf
bringen von Flußmitteln) in der Elektronikindustrie ge
bräuchlich: Flüssigkeits-Aufsprühen und Flüssigkeits-Auf
schäumen. Bei beiden Verfahren muß zum Erreichen einer
gleichmäßigen Abscheidung das Lösungsmittel in dem Flußmit
tel die zu lötende elektronische Leiterplatte benetzen, um
einen zusammenhängenden Film zu bilden. Üblicherweise ist
das zum Benetzen einer Leiterplatte benötigte Lösungsmittel
volumen relativ groß. Für einen Lötvorgang ohne anschließen
de Reinigungsschritte muß jedoch der Flußmittelrückstand
nach dem Löten zuträglich und in der Menge minimal sein.
Demzufolge weisen die meisten reinigungsfreien Flußmittel
üblicherweise einen sehr hohen Lösungsmittelgehalt (95% bis
99%) und einen niedrigen Feststoffgehalt (1% bis 5%) auf.
Es gibt grundsätzlich zwei Arten von zur Zeit in Gebrauch
befindlichen Lösungsmittelarten: flüchtige organische Ver
bindungen (VOC - volatile organic compounds), welche während
des Lötprozesses leicht verdampfen, und Wasser. Flußmittel
mit niedrigem Feststoffgehalt, welche Alkohol oder andere
organische Verbindungen als Lösungsmittel verwenden, benetz
ten die Leiterplatte leicht. Sie emittieren jedoch große
Mengen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) während des
Lötvorgangs und schaffen somit Umweltprobleme. Andererseits
benötigen wasserbasierte Flußmittel mit niedrigem Fest
stoffgehalt ein Tensid oder einen Surfaktanten (oberflächen
aktiven Stoff), um die Benetzung zu unterstützen, da Wasser
eine sehr hohe Oberflächenspannung aufweist, wenn es auf die
elektronische Leiterplatte und zu verbindenden Metalle auf
gebracht wird. Das Tensid hinterläßt nach dem Lötvorgang ei
nen hygroskopischen Rückstand und muß somit abgewaschen wer
den, oder das Endprodukt muß mit einer konformen Beschich
tung oder einer Einkapselung geschützt werden.
Die Suche nach besseren Wegen zum Reinigen von elektroni
schen Präzisionskomponenten ohne Ozon-abbauende Lösungsmit
tel hat zu der Entwicklung von Reinigungsverfahren geführt,
welche den Lösungsmittelbedarf reduzieren. Es wurden Techni
ken für die Nutzung überkritischen Kohlendioxids an Stelle
von umweltschädlichen CFC-basierenden Lösungsmitteln ge
schaffen, um während der Fertigung von Leiterplatten auf
gebrachte Partikel und organische Verschmutzungen zu ent
fernen. Die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid kann
jedoch tendentiell die Leiterplatte selbst oder ein Kunst
stoffgehäuse, welches die Leiterplatte enthalten kann, nach
teilig angreifen. Demzufolge kann aus diesen Gründen neben
weiteren, der Einsatz von überkritischem Kohlendioxid nur
ein suboptimales Verfahren zum Reinigen von elektronischen
Leiterplatten sein. Kohlendioxid wird bei relativ niedrigen
Drücken und Temperaturen überkritisch, das heißt, es bleibt
als Gas bestehen, weist aber die Eigenschaften flüssiger or
ganischer Lösemittel auf. Wenn es auf 31°C aufgeheizt und
auf einem Druck von 73·10⁵ Pa (1050 psi) gehalten wird, be
findet sich Kohlendioxid in einem überkritischen Zustand und
besitzt die Eigenschaften eines flüssigen Lösungsmittels. In
einem überkritischen Zustand ist es hoch diffusiv und seine
niedrige Oberflächenspannung erlaubt ihm, in kleine Räume
einzudringen, um Rückstände vollständig von den komplexen
Oberflächen gefertigter Teile abzulösen. Überkritisches Koh
lendioxid ist ungiftig und nicht entflammbar.
Aus der US-PS 50 13 366 ist der Einsatz von überkritischem
Kohlendioxid als Lösungsmittel zum Reinigen von organischen
Verschmutzungen einschließlich Lötflußmittelrückständen be
kannt. Aus der US-PS 52 88 332 ist in Wasser gelöstes CO₂
zum Entfernen einer metallischen Verschmutzung bekannt. Aus
der US-PS 45 66 916 ist durch Zerlegung von CaCO₃ während
des Schweißvorgangs erzeugtes CO₂ bekannt, um einen H₂-, N₂-
und O₂-Partialdruck während des Schweißens abzuschwächen.
Aus der US-PS 32 75 201 ist CO₂ als Treibmittel für ein un
ter Druck stehendes Flußmittelgebinde bekannt. Hierbei wird
jedoch ein Betrieb bei niedrigen Drücken von 1,035·10⁵ bis
2,759·10⁵ Pa (15 bis 40 psi) beschrieben, welche wesentlich
niedriger als ein überkritischer Druck von 73·10⁵ Pa
(1050 psi) sind. In diesem Druckbereich kann CO₂ nicht als
Lösungsmittel für ein Flußmittel verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ein Flußmittelgemisch für eine Ver
wendung bei dem Zusammenbau elektronischer Leiterplatten.
Das Gemisch weist überkritisches Kohlendioxid auf, welches
als Träger für ein Flußmittelagens dient, welches zumindest
teilweise in dem überkritischen Kohlendioxid löslich ist.
Das überkritische Kohlendioxid dient als Träger zum Abschei
den des Flußmittelagens auf einer Lötstelle.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Aufbringen ei
nes Flußmittelgemisches auf eine elektronische Leiterplatte,
welche Komponenten aufweist, die durch Löten zu verbinden
sind. Das Verfahren weist die Schritte auf:
Zusetzen eines Flußmittelagens in einen Mischbehäl ter;
Einleiten von gasförmigem Kohlendioxid in den Misch behälter, wobei das Kohlendioxid und das Flußmittelagens vermischt und gelöst werden, um ein Fluid zu erzeugen;
Aufheizen des Mischbehälters auf eine Temperatur hö her als 30°C und Beaufschlagen mit einem Druck über 73·10⁵ Pa (1050 psi), um ein überkritisches Fluid zu er zeugen;
Aufbringen des überkritischen Fluids durch eine Sprühdüse auf die Leiterplatte, wobei der überkritische Zustand aufrechterhalten bleibt, bis das Fluid aus der Sprühdüse bei einem reduzierten Druck austritt, das Flußmittelagens daraufhin zumindest teilweise seine Lös lichkeit verliert und als fein verteilter Sprühnebel von einem Kohlendioxidgasstrahl auf die Leiterplatte trans portiert wird.
Zusetzen eines Flußmittelagens in einen Mischbehäl ter;
Einleiten von gasförmigem Kohlendioxid in den Misch behälter, wobei das Kohlendioxid und das Flußmittelagens vermischt und gelöst werden, um ein Fluid zu erzeugen;
Aufheizen des Mischbehälters auf eine Temperatur hö her als 30°C und Beaufschlagen mit einem Druck über 73·10⁵ Pa (1050 psi), um ein überkritisches Fluid zu er zeugen;
Aufbringen des überkritischen Fluids durch eine Sprühdüse auf die Leiterplatte, wobei der überkritische Zustand aufrechterhalten bleibt, bis das Fluid aus der Sprühdüse bei einem reduzierten Druck austritt, das Flußmittelagens daraufhin zumindest teilweise seine Lös lichkeit verliert und als fein verteilter Sprühnebel von einem Kohlendioxidgasstrahl auf die Leiterplatte trans portiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein
Verfahren zum Aufbringen eines Flußmittelgemisches auf eine
elektronische Leiterplatte mit folgenden Schritten vorgese
hen:
Aufheizen eines Flußmittelagens und von Wasser, um ein gelöstes Flußmittelagens in einem geschlossenen Vor ratsbehälter zu erzeugen, so daß Wasserverluste durch Verdampfung minimiert werden;
Bereitstellen von Kohlendioxid in einem Niederdruck zustand;
Zuführen des gelösten Flußmittelagens zu einer Sprühdüse über eine beheizte Leitung, so daß dessen Tem peratur beibehalten wird;
Zuführen des Kohlendioxids als von dem gelösten Flußmittelagens getrennter Strahl zu der Sprühdüse, so daß das Mischen des Kohlendioxids und des gelösten Fluß mittelagens im wesentlichen innerhalb der Sprühdüse er reicht wird, um ein Flußmittelgemisch zu erzeugen; und
Richten eines fein verteilten Sprühnebels des Fluß mittelgemisches auf die Leiterplatte.
Aufheizen eines Flußmittelagens und von Wasser, um ein gelöstes Flußmittelagens in einem geschlossenen Vor ratsbehälter zu erzeugen, so daß Wasserverluste durch Verdampfung minimiert werden;
Bereitstellen von Kohlendioxid in einem Niederdruck zustand;
Zuführen des gelösten Flußmittelagens zu einer Sprühdüse über eine beheizte Leitung, so daß dessen Tem peratur beibehalten wird;
Zuführen des Kohlendioxids als von dem gelösten Flußmittelagens getrennter Strahl zu der Sprühdüse, so daß das Mischen des Kohlendioxids und des gelösten Fluß mittelagens im wesentlichen innerhalb der Sprühdüse er reicht wird, um ein Flußmittelgemisch zu erzeugen; und
Richten eines fein verteilten Sprühnebels des Fluß mittelgemisches auf die Leiterplatte.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei
spiels einer Vorrichtung gemäß vorliegender Er
findung;
Fig. 2 ein Prozeß-Flußdiagramm, in welchem die Hauptverfah
rensschritte der vorliegenden Erfindung dargestellt
werden;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines alternativen
Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß vor
liegender Erfindung; und
Fig. 4 ein alternatives Prozeß-Flußdiagramm, in dem die
Hauptverfahrensschritte der vorliegenden Erfindung
dargestellt werden.
Die Erfindung betrifft generell ein Flußmittelgemisch zum
Einsatz bei der Herstellung elektronischer Leiterplatten.
Das Gemisch enthält überkritisches Kohlendioxid und ein
Flußmittelagens. Das Flußmittelagens ist zumindest teilweise
in dem überkritischen Kohlendioxid löslich, welches als Trä
ger für das Abscheiden des Flußmittelagens auf einer Löt
stelle dient.
Das Verfahren betrifft das Aufbringen eines Flußmittel
gemisches auf eine durch Löten zu verbindende Komponenten
aufweisende elektronische Leiterplatte. Das Verfahren umfaßt
die folgenden Schritte:
Eingeben eines festen oder flüssigen Flußmittelagens in einen Mischbehälter;
Einleiten von gasförmigem Kohlendioxid in den Misch behälter, so daß das Kohlendioxid und das Flußmittela gens vermischt und gelöst werden, um ein Fluid zu erzeu gen;
Aufheizen des Mischbehälters auf eine Temperatur größer als 30°C und Beaufschlagen mit einem Druck über 72·10⁵ Pa (1050 psi), um ein überkritisches Fluid zu er zeugen;
Aufbringen des überkritischen Fluids durch eine Sprühdüse auf die Leiterplatte, wobei der überkritische Zustand aufrechterhalten bleibt, bis das Fluid aus der Sprühdüse bei reduzierten Druck austritt, das Flußmitte lagens daraufhin zumindest teilweise seine Löslichkeit verliert und als ein fein verteilter Sprühnebel von ei nem Kohlendioxidgasstrahl auf die Leiterplatte transpor tiert wird.
Eingeben eines festen oder flüssigen Flußmittelagens in einen Mischbehälter;
Einleiten von gasförmigem Kohlendioxid in den Misch behälter, so daß das Kohlendioxid und das Flußmittela gens vermischt und gelöst werden, um ein Fluid zu erzeu gen;
Aufheizen des Mischbehälters auf eine Temperatur größer als 30°C und Beaufschlagen mit einem Druck über 72·10⁵ Pa (1050 psi), um ein überkritisches Fluid zu er zeugen;
Aufbringen des überkritischen Fluids durch eine Sprühdüse auf die Leiterplatte, wobei der überkritische Zustand aufrechterhalten bleibt, bis das Fluid aus der Sprühdüse bei reduzierten Druck austritt, das Flußmitte lagens daraufhin zumindest teilweise seine Löslichkeit verliert und als ein fein verteilter Sprühnebel von ei nem Kohlendioxidgasstrahl auf die Leiterplatte transpor tiert wird.
Das Flußmittelgemisch wird durch Lösen eines Flußmittela
gens, wie z. B. einer Adipinsäure oder deren Äquivalente in
einem überkritischen CO₂-Fluid erzeugt. In dem überkriti
schen Bereich werden Materialien, welche nicht in CO₂-Gas
löslich sind, wie z. B. Adipinsäure, in dem Fluid löslich.
Durch Steuern der Temperatur und des Drucks des CO₂ wird der
überkritische Zustand aufrechterhalten, bis das Flußmittel
durch die Sprühdüse austritt. Nach dem Austritt fällt der
Druck des Flußmittels auf Atmosphärendruck ab. In diesem Zu
stand ist die Adipinsäure in dem CO₂-Gas nicht mehr löslich.
Statt dessen wird sie von dem CO₂-Gasstrahl in Form eines
feinen Puders auf die zu lötende elektronische Leiterplatte
aufgebracht. Umweltvorteile ergeben sich daraus, daß CO₂
nicht als flüchtiges organisches Gemisch (VOC) angesehen
wird und insoweit keinen besonderen Vorschriften unterliegt.
Obwohl Adipinsäure das bevorzugte Flußmittelagens im Rahmen
der vorliegenden Erfindung darstellt, kann jedes andere
Flußmittelagens, welches in überkritischem CO₂ löslich ist,
wie z. B. andere schwache organische Säuren und Kolophonium,
verwendet werden.
Ein organisches oder wäßriges zusätzliches Lösungsmittel,
welches ein hohes Lösungsvermögen für das Flußmittelagens
aufweist und vollständig mit CO₂ mischbar ist, kann in klei
ner Menge zugesetzt werden, um sowohl die Löslichkeit des
Flußmittelagens zu verbessern als auch die Flußmittelab
scheidung nach dem Austritt zu verbessern. Zu Lösungsmit
teln, die sich als zusätzliche Lösungsmittel eignen, gehören
Methanol, Ethanol, Azeton und Wasser.
Eine Verwendung von überkritischem CO₂ zum vorteilhaften Ab
scheiden von Flußmittel für Lötprozesse in der Elektronik
ist nach dem Stand der Technik nicht bekannt oder nahelie
gend. Diese Eigenschaft von überkritischem CO₂-Fluid wurde
in großen Umfang zum Abwaschen von organischen Verschmutzun
gen und Flußmittelrückständen erforscht. Es wurde jedoch
noch nicht als Lösungsmittelträger zum Abscheiden von Löt
flußmitteln verwendet.
In einer alternativen Ausführung beansprucht das Verfahren
zum Verteilen des Flußmittels die Verwendung von CO₂-Gas bei
niedrigem Druck (bis zu 6,9·10⁵ Pa (100 psi)) als Träger für
das Flußmittel. Es können auch andere Gase, wie z. B. Luft
oder Stickstoff, verwendet werden. Durch Absenken des Drucks
verliert das CO₂ seine Eigenschaft, organische Materie zu
lösen und kann daher nicht weiter als Lösungsmittel für das
Flußmittel dienen.
Das bevorzugte Flußmittel ist eine in einem geschlossenen
Behälter enthaltene und nahe an den Siedepunkt von Wasser
(d. h. 100°C) aufgeheizte Wasserlösung einer Adipinsäure mit
sehr hohem Feststoffgehalt (bis zu 62,5%).
Die Verwendung eines getrennten Gasträgerstroms zum Vertei
len des Flußmittels führt zu bestimmten Vorteilen gegenüber
zur Zeit in der Elektronikindustrie verwendeten Flußmitte
laufbringetechniken, da der getrennte Strom Flußmittel mit
einem sehr hohen Feststoffgehalt handhaben und trotzdem eine
gleichförmige Abscheidung erzeugen kann. Demzufolge erfor
dert diese Ausführungsform nur einen kleinen Bruchteil des
Lösungsmittels, das in heutigen Flußmitteln mit niedrigem
Feststoffgehalt verwendet wird, um eine gleichmäßige Ab
scheidung zu erreichen. Hierdurch werden einige Probleme in
Verbindung mit dem Einsatz eines Lösungsmittels in herkömm
lichen Flußmitteln überwunden.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Fluß
mittel in sehr feine Partikel dispergiert. Somit ist es
nicht notwendig, daß das Lösungsmittel die Leiterplatte
vollständig benetzt, um eine gleichmäßige Flußmittelabschei
dung zu erreichen. Daher kann bei Flußmitteln, welche ein
flüchtiges organisches Gemisch (VOC) als Lösungsmittel ver
wenden, das während des Lötvorgangs emittierte Volumen an
flüchtigem organischem Gemisch erheblich reduziert werden.
Bei einem wasserbasierten Flußmittel kann sich die Notwen
digkeit eines Tensids erübrigen, und es erübrigt sich somit
das Reinigen nach dem Löten oder die Notwendigkeit einer
konformen Beschichtung oder Einkapselung.
Ein Aufheizen des wasserbasierten Flußmittels erhöht die
Löslichkeit von Adipinsäure in Wasser drastisch. Bei 25°C
lösen 100 ml Wasser 1,44 g Adipinsäure, während 100 ml ko
chenden Wassers 160 g lösen. Wasserbasierte Flußmittel mit
niedrigem Feststoffgehalt, die für ein Aufbringen durch
Sprühen oder Schäumen unter Verwendung derzeitiger Fluß
mittelaufbringe-Techniken ausgelegt sind, enthalten weniger
als 5% Feststoff. Durch Aufheizen kann ein Flußmittel er
zielt werden, das bis zu 62,5% Aktivator enthält.
Die Fig. 1 bzw. 2 sind schematische Darstellungen der Vor
richtung und des Prozeßflußdiagramms dieser Erfindung. In
Fig. 1 wird ein CO₂-Vorratstank 10 verwendet, um den Misch
behälter 12 zu füllen. Ein Flußmittelaktivator, oder ein an
deres Flußmittelagens, wie z. B. Kolophonium, und (falls ge
wünscht) ein zusätzliches Lösungsmittel, werden in das In
nere des Mischbehälters 12 vor dem Einleiten des CO₂ einge
bracht. Eine Vakuumverdrängerpumpe 14 kann optional mit in
den Prozeß eingeschlossen sein, um den Druck des CO₂ in dem
Mischbehälter 102 während des Füllens zu erhöhen. Sobald der
Mischbehälter 12 gefüllt ist, werden die zwei Ventile 16, 18
an dem Einlaß und dem Auslaß geschlossen. Der Mischbehälter
12 wird dann auf über 31°C aufgeheizt und der Druck auf oder
über 73·10⁵ Pa (1050 psi), den kritischen Punkt für CO₂, er
höht, um einen überkritischen Zustand zu erreichen. Ein Rüh
rer 20 innerhalb des Behälters 12 rührt das Flußmittel um,
um die Vermischung und Auflösung zu erleichtern. Das Fluß
mittel wird dann über eine mit einem Auslaßdosierventil 24
verbundene Sprühdüse 22 entnommen. Das Flußmittel kann 1%
bis 5% Adipinsäure und bis zu 5% zusätzliches Lösungsmittel
wie Ethanol enthalten.
Die Fig. 3 und 4 sind schematische Darstellungen der Vor
richtung und des Prozeßflußdiagramms einer alternativen Aus
führungsform der Erfindung. Gem. Fig. 3 wird ein Flußmittel
gemisch-Vorratstank 26 für Flußmittel mit 62,5% Feststoff
gehalt bis nahe an 100°C aufgeheizt. Eine niedrigere Tem
peratur kann verwendet werden, wenn ein niedrigerer Fest
stoffgehalt gewünscht wird. Um einen Lösungsmittelverlust zu
verhindern, wird ein geschlossener Tank eingesetzt. Das
Flußmittel wird über ein beheiztes oder isoliertes Rohr 30
einer Zerstäubungsdüse 28 zugeführt, welche beheizt ist, um
die Flußmitteltemperatur aufrechtzuerhalten. CO₂ mit niedri
gem Druck (1,379·10⁵ bis 6,897·10⁵ Pa (20 bis 100 psi)) wird
als getrennter Strom über eine Leitung 32 in die Zerstäu
bungsdüse eingeleitet. Die Zerstäubungsdüse 28 vermischt die
zwei Ströme und läßt das Flußmittel als fein verteilte Par
tikel austreten.
Durch Anpassen des Verhältnisses der zwei Ströme und der
Sprührate, kann die Rate des Flußmittelverbrauchs präzise
gesteuert werden. Das Flußmittel kann 1% bis 65% Adipinsäure
und 99% bis 37,5% Wasser enthalten.
Um eine Verschmutzung der Leiterplatte mit Ionen zu mini
mieren, sollte das Verdünnungswasser deionisiert oder de
stilliert sein. Der Zusatz eines Biozids ist nicht erforder
lich, da die Temperatur des Flußmittels während des Vorgangs
hoch genug ist, um die meisten Bakterien abzutöten.
In jeder Ausführungsform durchläuft die elektronische Lei
terplatte den verteilten Flußmittelstrom, und das Flußmittel
wird somit gleichmäßig auf die Leiterplatte aufgebracht.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehene Vorrich
tung (Fig. 1) enthält einen Kohlendioxid-Vorratstank 10 mit
einem Druckregler und (nicht dargestellte) geeignete Sicher
heitsventile, um Kohlendioxid aus dem Vorratstank mit einem
Druck von etwa 55,2·10⁵ bis 82,8·10⁵ Pa (800-1200 psi) ab
zugeben. Somit tritt Kohlendioxid mit 55,2·10⁵ bis
82,8·10⁵ Pa (800-1200 psi) in den Mischbehälter 12 ein. In
einem Versuchsaufbau beträgt die Kapazität des Misch
behälters etwa 1 bis 5 Liter. Er weist einen abnehmbaren
Deckel mit einem Durchmesser von etwa 5,08 bis 10,16 cm (2
bis 4 inch) auf. Ferner ist im Inneren des Mischbehälters
ein Einrichtung zum Rühren vorgesehen. Ein Heizelement ist
ebenfalls in geeigneter Weise innerhalb des Mischbehälters
angeordnet, welches die Innentemperatur auf bis zu 200°C er
höhen kann. Ein Temperaturwächter und eine -Regelung sind
ebenfalls vorgesehen.
Eine Druckerzeugungseinrichtung 14, wie z. B. eine Vakuumver
drängerpumpe, ist vorgesehen, wodurch der Druck auf bis zu
127,9·10⁵ Pa (2000 psi) erhöht werden kann. Geeignete Si
cherheitsventile sind ebenfalls vorgesehen. Ein Einlaßan
schluß ist an der Oberseite des Mischbehälters und ein Aus
laßanschluß ist an dessen unterstem Ende vorgesehen.
Das Dosierventil 24 an dem Auslaßanschluß des Mischbehälters
dient dazu, den Druck auf Atmosphärendruck zu reduzieren.
Eine Feinsteuerung ist vorgesehen, mittels derer die Aus
trittsströmung auf eine Geschwindigkeit von etwa 1 bis 10
Meter pro Sekunde geregelt wird. Weiterhin ist auch ein
Strömungsmesser vorgesehen. Mit dem Ventil ist ein flexibles
Rohr mit einem Durchmesser von etwa 1,27 cm (0,5 inch) ver
bunden, dessen Länge etwa 30,48 cm (12 inch) beträgt.
Bei der bisher bei den experimentellen Ausführungen verwen
deten Vorrichtung handelt es sich um eine handelsübliche
Vorrichtung.
Bei der alternativ vorgesehenen Ausführungsform kann ein
Flußmittelvorratstank aus jeder Art von Material bestehen,
welches einigermaßen beständig gegen Säurekorrosion ist. Zu
den geeigneten Materialien gehört Edelstahl. Die Zerstäu
bungsdüse weist einen Eintritt für das flüssige Flußmittel
auf. Die Menge des versprühten Flußmittels und der Sprühwin
kel können durch Steuern der Geschwindigkeit des Trägergases
gesteuert werden. Geeignete Zerstäubungsdüsen sind handels
üblich.
Somit umfaßt die Erfindung:
- (1) in einer bevorzugten Ausführungsform die Verwendung von überkritischem CO₂ als Lösungsmittel für den Flußmitte lagens-Gasstrom, welcher das Flußmittelagens zu einer Lötstelle führt oder transportiert, wodurch die Vertei lung des Flußmittels erheblich verbessert und somit das Volumen der zusätzlich benötigten Lösungsmittel für das Flußmittel reduziert wird,
- (2) sowohl in der bevorzugten als auch in einer alternativen Ausführung die Verwendung von CO₂-Gas in Verbindung mit Wasser, was eine elektrostatische Entladung (ESD) wäh rend des Sprühens verhindert, und
- (3) sowohl in der bevorzugten als auch in der alternativen Ausführung ein Aufheizen des Flußmittels, was dessen ge lösten Feststoffgehalt erheblich steigert.
Claims (18)
1. Flußmittelgemisch zur Verwendung beim Zusammenbau elek
tronischer Leiterplatten, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gemisch aufweist:
ein Medium, welches als Träger und als Lösungsmittel dient, wobei das Medium überkritisches Kohlendioxid auf weist; und
ein Flußmittelagens, wobei das Flußmittelagens zu mindest teilweise in dem überkritischen Kohlendioxid löslich ist, welches zum Transport des Flußmittels vor dessen Abscheidung auf einer Lötstelle dient.
ein Medium, welches als Träger und als Lösungsmittel dient, wobei das Medium überkritisches Kohlendioxid auf weist; und
ein Flußmittelagens, wobei das Flußmittelagens zu mindest teilweise in dem überkritischen Kohlendioxid löslich ist, welches zum Transport des Flußmittels vor dessen Abscheidung auf einer Lötstelle dient.
2. Flußmittelgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Flußmittelagens Adipinsäure aufweist.
3. Flußmittelgemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Flußmittelagens eine oder mehrere
schwache Säuren aufweist.
4. Flußmittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Flußmittelagens Kolophoni
um aufweist.
5. Flußmittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß es ein zusätzliches Lösungs
mittel aufweist, das ein hohes Lösungsvermögen für das
Flußmittelagens besitzt und mit Kohlendioxid mischbar
ist, wobei das zusätzliche Lösungsmittel zugesetzt wird,
um die Löslichkeit des Flußmittelagens zu verbessern und
die Flußmittelabscheidung nach dem Austritt zu erleich
tern.
6. Flußmittelgemisch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß das zusätzliche Lösungsmittel einen aus der Et
hanol, Azeton, Wasser und Gemischen davon bestehenden
Gruppe ausgewählten Stoff mit einschließt.
7. Flußmittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß das Flußmittelagens eine Was
serlösung von Adipinsäure mit einem Feststoffgehalt bis
zu 62,5% ist.
8. Flußmittelgemisch zur Verwendung beim Zusammenbau elek
tronischer Leiterplatten, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gemisch aufweist:
einen Träger, wobei der Träger Kohlendioxid mit ein schließt; und
eine Flußmittellösung, die ein Flußmittelagens und ein Lösungsmittel aufweist, wobei die Flußmittellösung zum Transport des Flußmittelagens vor dessen Abscheidung auf einer Lötstelle dient.
einen Träger, wobei der Träger Kohlendioxid mit ein schließt; und
eine Flußmittellösung, die ein Flußmittelagens und ein Lösungsmittel aufweist, wobei die Flußmittellösung zum Transport des Flußmittelagens vor dessen Abscheidung auf einer Lötstelle dient.
9. Verfahren zum Aufbringen eines Flußmittelgemisches auf
eine elektronische Leiterplatte, welche Komponenten auf
weist, die durch Löten zu verbinden sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß es die Schritte aufweist:
Zusetzen eines Flußmittelagens in einen Mischbe hälter;
Einleiten von Kohlendioxid in den Mischbehälter, wo bei das Kohlendioxid und das Flußmittelagens vermischt und gelöst werden, um ein Fluid zu erzeugen;
Aufheizen des Mischbehälters und des Fluids auf eine Temperatur größer als 30 °C und Beaufschlagen mit einem Druck über 73-10⁵ Pa (1050 psi), um ein überkritisches Fluid zu erzeugen;
Aufbringen des überkritischen Fluids durch eine Sprühdüse auf die Leiterplatte, wobei ein überkritischer Zustand aufrechterhalten bleibt, bis das Fluid aus der Sprühdüse austritt, das Flußmittelagens daraufhin zumin dest teilweise seine Löslichkeit in dem überkritischen Fluid verliert und von einem Kohlendioxidgasstrahl auf die Leiterplatte transportiert wird.
Zusetzen eines Flußmittelagens in einen Mischbe hälter;
Einleiten von Kohlendioxid in den Mischbehälter, wo bei das Kohlendioxid und das Flußmittelagens vermischt und gelöst werden, um ein Fluid zu erzeugen;
Aufheizen des Mischbehälters und des Fluids auf eine Temperatur größer als 30 °C und Beaufschlagen mit einem Druck über 73-10⁵ Pa (1050 psi), um ein überkritisches Fluid zu erzeugen;
Aufbringen des überkritischen Fluids durch eine Sprühdüse auf die Leiterplatte, wobei ein überkritischer Zustand aufrechterhalten bleibt, bis das Fluid aus der Sprühdüse austritt, das Flußmittelagens daraufhin zumin dest teilweise seine Löslichkeit in dem überkritischen Fluid verliert und von einem Kohlendioxidgasstrahl auf die Leiterplatte transportiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den
Schritt des Bereitstellens einer Einrichtung zum Erzeu
gen von Druck in Zusammenwirken mit dem Behälter, um den
Partialdruck des Kohlendioxids in dem Behälter während
des Einleitens in diesen zu erhöhen.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch
den Einsatz einer in dem Mischbehälter angeordneten Ein
richtung zum Rühren zur Erleichterung des Mischens und
des Auflösens des Flußmittelagens in dem Kohlendioxid.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schritt der Zusetzung eines Fluß
mittelagens das Zusetzen einer 1 bis 5%-tigen Adipinsäu
re umfaßt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
es ferner den Schritt der Zusetzung von bis zu 5% zu
sätzlichen Lösungsmittels umfaßt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß das zusätzliche Lösungsmittel einen
aus der aus Ethanol, Azeton, Wasser und Gemischen davon
bestehenden Gruppe ausgewählten Stoff aufweist.
15. Verfahren zum Aufbringen eines Flußmittelgemisches auf
eine elektronische Leiterplatte welche Komponenten auf
weist, die durch Löten zu verbinden sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß es die Schritte aufweist:
Aufheizen eines Flußmittelagens und von Wasser auf eine Temperatur bis zu 100°C, um eine Flußmittellösung in einem geschlossenen Vorratsbehälter zu erzeugen, um Wasserverluste durch Verdampfung zu minimieren;
Bereitstellen von Kohlendioxid in einem Niederdruck zustand;
Zuführen der Flußmittellösung zu einer Sprühdüse über eine Leitung, so daß die Flußmitteltemperatur er halten bleibt;
Zuführen des Kohlendioxids als von der Flußmit tellösung getrennter Strahl zu der Sprühdüse, so daß das Mischen im wesentlichen innerhalb der Sprühdüse erreicht wird, um ein Flußmittelgemisch zu erzeugen; und
Sprühen des Flußmittelgemisches auf die Leiter platte.
Aufheizen eines Flußmittelagens und von Wasser auf eine Temperatur bis zu 100°C, um eine Flußmittellösung in einem geschlossenen Vorratsbehälter zu erzeugen, um Wasserverluste durch Verdampfung zu minimieren;
Bereitstellen von Kohlendioxid in einem Niederdruck zustand;
Zuführen der Flußmittellösung zu einer Sprühdüse über eine Leitung, so daß die Flußmitteltemperatur er halten bleibt;
Zuführen des Kohlendioxids als von der Flußmit tellösung getrennter Strahl zu der Sprühdüse, so daß das Mischen im wesentlichen innerhalb der Sprühdüse erreicht wird, um ein Flußmittelgemisch zu erzeugen; und
Sprühen des Flußmittelgemisches auf die Leiter platte.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Bereitstellung von Kohlendioxid in einem
Niederdruckzustand das Bereitstellen von Kohlendioxid
bei einem Druck bis zu 7,0·10⁵ Pa (100 psi) umfaßt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich
net, daß es das Bereitstellen einer Einrichtung für das
Anpassen der Ströme des Kohlendioxids und des in die Dü
se eintretenden Flußmittelagens umfaßt, so daß das Ver
hältnis der Ströme, die Sprührate und die Rate des Fluß
mittelverbrauchs gesteuert werden können.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flußmittellösung 1% bis 62,5%
Adipinsäure und 99% bis 37,5% Wasser aufweist.
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