DE69636971T2 - Weichlotflussmittel auf epoxybasis ohne flüchtige organische verbindungen - Google Patents

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Description

  • Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Lötflussmittel und Lötpasten, und insbesondere ein Lötflussmittel auf Epoxybasis, welches keine flüchtigen organischen Verbindungen oder Lösungsmittel (VOC's) enthält.
  • Lötflussmittel und Lötpasten waren vordem im Fachbereich bekannt. Hierbei werden Lötpasten zum Verbinden der Leiter elektronischer Elemente mit auf einer Leiterplatte (PWB) befindlichen Kontaktflächen verwendet. Für Anwendungen werden die Lötpasten auf die Kupferkontaktflächen einer PWB aufgedruckt, werden die Leiter des elektronischen Elements in eine geeignete Position oberhalb der PWB-Kontaktflächen gebracht, und wird anschließend die gesamte PWB-Anordnung erhitzt, um einen Reflow der Lötpaste zu erzielen, in dessen Folge eine Verbindung zwischen den Leitern des elektronischen Elements und den Kontaktflächen der PWB gebildet wird.
  • Lötpaste umfasst im Allgemeinen ein homogenisiertes Gemisch aus Lötpulver und einem Lötflussmittel, welches, wenn es mit dem Lötpulver vermischt wird, dem Gemisch die physikalischen Eigenschaften einer Paste verleiht. Bei dem Lötflussmittel handelt es sich typischerweise um eine Lösung eines Harzes, üblicherweise eines Kolophoniums oder Kolophonium-Derivats, und einer als Aktivierungsmittel dienenden organischen Säure, welche in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel gelöst sind. Das organische Lösungsmittel umfasst typischerweise bis zu 80 Gew.-% (Gewichtsprozent) der Flussmittel-Zusammensetzung. Die in dem Lötflussmittel als Aktivierungsmittel dienende organische Säure entfernt aktiv einen Oxidfilm von den metallischen Komponenten, wenn sie auf deren Metalloberflächen aufgebracht wird, wodurch es dem geschmolzenen Lötmittel ermöglicht wird, ungehindert über alle mit Flussmittel behandelten Oberflächen zu fließen und an diese zu binden. Thixotrope Mittel und andere Viskositätsregler können ebenfalls anwesend sein, um die gewünschten rheologischen Eigenschaften des Lötflussmittels und/oder der Lötpaste zu erzielen.
  • US 5,088,189 beschreibt ein auf Epoxyharz basierendes Lötpasten-Flussmittel, welches 20–30 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels umfasst.
  • Während des Reflowprozesses, d. h. des Erwärmungsprozesses, dampft der größte Teil des organischen Lösungsmittels in die Luft ab, wobei ein fester Rückstand auf der PWB zurückbleibt. Neben der Verdampfung der organischen Lösungsmittel entweicht darüber hinaus eine signifikante Menge an zusätzlichem organischem Material durch Zersetzung oder Sublimation des festen Rückstandes in Form von Dampf in die Luft. Obwohl die im Stand der Technik beschriebenen Lötpasten und Flussmittel für ihre bestimmungsgemäßen Zwecke höchst effektiv waren, werten die Verdampfung des organischen Lösungsmittels und die Freisetzung organischer Materialien während des Reflows des Lötmittels eine Vielzahl von Problemen auf, welche in jüngster Zeit signifikante Bedenken der Industrie erregt haben. Erstens unterliegen flüchtige organische Verbindungen (VOC's) und VOC-Emissionen aus umweltbedingten Gesichtspunkten nunmehr einer strengeren Überprüfung. Strengere Umweltschutzbestimmungen erfordern die Verringerung organischer Emissionen in allen industriellen Anwendungen. Zweitens stellen VOC-Emissionen eine Belastung für das Reflowequipment dar, indem die VOC's auf den kalten Teilen des Equipments rekondensieren, wodurch eine Korrosion von Metall bewirkt wird, elektrische Fehlfunktionen verursacht werden, und Luftkanäle verstopfen. Ein weiterer Nachteil von Lötpasten auf Basis organischer Lösungsmittel ist, dass der feste Rückstand im Falle Kolophonium-artiger Pasten spröde ist und dazu neigt, Risse zu bilden. Zahlreiche Hersteller von Leiterplatten produzieren nunmehr flexible Schaltstrukturen, d. h. Flexschaltungen, wobei die Sprödigkeit und Rissbildung von auf Lösungsmittel basierenden Lötpasten in diesen Anwendungsgebieten unannehmbar ist. Die Verwendung von Weichmachern, welche dazu dienen, die Sprödigkeit Kolophonium-artiger Lötpasten auf Basis organischer Lösungsmittel zu beseitigen, macht den organischen Rückstand klebrig und damit für eine Pin-Testung der PWB nach dem Reflow ungeeignet.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein VOC-freies Lötflussmittel auf Epoxybasis bereit, welches 40 bis 50 Gew.-% (Gewichtsprozent) eines Epoxyharzes, 25 bis 30 Gew.-% eines nicht-flüchtigen, flüssigen Epoxyverdünnungsmittels, 20 bis 33 Gew.-% eines Aktivierungsmittels, das in dem Epoxysystem bei Raumtemperatur unlöslich, d. h. nicht-reaktiv ist, und 2.0 bis 3.5 Gew.-% eines thixotropen Mittels umfasst. In dem vorliegenden Lötflussmittel dient das Aktivierungsmittel auch als Härtungsmittel für das Epoxyharzsystem. Es sind keine organische Lösungsmittel in dem Lötflussmittel anwesend, welche während des Reflowprozesses verdampfen können. Das Epoxyverdünnungsmittel kann entweder ein eine oder mehrere funktionelle Epoxygruppen enthaltendes reaktives Verdünnungsmittel wie beispielsweise Polyglykoldiepoxid sein, oder kann ein nicht-reaktives Verdünnungsmittel wie beispielsweise ein Polyetherdiol sein. Insbesondere umfasst das Lötflussmittel bevorzugt 40 bis 50 Gew.-% eines Bisphenol A-artigen Epoxyharzes, 25 bis 35 Gew.-% Polyglykoldiepoxid (Epoxyverdünnungsmittel), 20 bis 35 Gew.-% einer polyfunktionellen Carbonsäure (Aktivierungsmittel und Härtungsmittel) wie beispielsweise Maleinsäure, und 2.0 bis 3.5 Gew.-% hydriertes Castoröl (thixotropes Mittel).
  • Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine VOC-freie Lötpaste bereit, welche aus dem vorstehend beschriebenen, aus 40 bis 95 Gew.-% an Lötpartikeln bestehenden Flussmittel und 5 bis 60 Gew.-% des vorstehend beschriebenen VOC-freien Lötflussmittels gebildet ist. Die Lötpartikel umfassen bevorzugt Lötpartikel einer 63Sn/37Pb-Legierung mit einer Maschengröße von 325 bis 500. Das der Flussmittel-Zusammensetzung hinzugefügte thixotrope Mittel verbessert die Druckfähigkeit der Lötpaste für Leiterplatten. Das Aktivierungsmittel des Flussmittels aktiviert in effektiver Weise das Lötpulver sowie den Kupferkontakt während des Reflowprozesses, während es gleichzeitig eine Härtung des Epoxids bewirkt, so dass dieses aushärtet und ein fester, trockener, und dennoch flexibler Rückstand auf einer Leiterplatte zurückbleibt. Das Aktivierungs-/Härtungsmittel wird derart ausgewählt, dass es unmittelbar vor dem Reflowprozess schmilzt, so dass die Aktivierung, die Härtung des Harzes und der Reflow der Lötpartikel nahezu gleichzeitig erfolgt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen Lötdraht mit Flussmittelkern bereit, welcher aus dem vorstehend beschriebenen VOC-freien Lötflussmittel gebildet ist. Der Lötdraht mit Flussmittelkern wird in Übereinstimmung mit herkömmlich zur Herstellung von Lötdrähten verwendeten Techniken gebildet, wobei eine Drahtstruktur resultiert, welche einen inneren Kern aus dem vorliegenden VOC-freien Lötflussmittel und eine äußere Hülle aus einer Lötlegierung aufweist.
  • Demzufolge zählen zu den Aufgaben der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines VOC-freien Lötflussmittels auf Epoxybasis, welches nach dem Reflowprozess unter Bildung eines festen, trockenen, flexiblen Rückstandes auf der Leiterplatte aushärtet, die Bereitstellung einer VOC-freien Lötpaste und die Bereitstellung eines VOC-freien Lötdrahtes mit Flussmittelkern.
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand deren weiterführender Beschreibung hierin deutlich.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • LÖTFLUSSMITTEL
  • Wie hierin nachstehend ausführlicher beschrieben wird, basiert das vorliegende Lötflussmittel auf einem Epoxyharzsystem, in welchem keine flüchtigen organischen Lösungsmittel oder Verbindungen anwesend sind.
  • Das vorliegende VOC-freie Lötflussmittel besteht im Wesentlichen aus einem Aktivierungsmittel, einem Epoxyhärtungsmittel und einem thixotropen Mittel, welche in ein Gemisch aus einem reaktiven Epoxyharz und einem nicht-flüchtigen, flüssigen Epoxyverdünnungsmittel eingemischt sind. Das vorliegende Lötflussmittel enthält keine organischen Lösungsmittel. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Aktivierungsmittel auch als Härtungsmittel für das Epoxyharz dient.
  • Das reaktive Epoxyharz umfasst den Primärbestandteil des vorliegenden Lötflussmittels, welcher 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% der gesamten Flussmittel- Zusammensetzung bildet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere reaktive Epoxyharze bevorzugt, welche mindestens zwei reaktive Epoxygruppen aufweisen. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass Bisphenol A-artiges Harz für die vorliegende Flussmittel-Zusammensetzung besonders geeignet ist, obwohl andere Harze mit ähnlichen Eigenschaften ebenfalls geeignet sind. So sind beispielsweise auch Epoxy-Novolac-Harze und Polyglykol-Epoxyharze geeignet.
  • Die meisten der vorstehend angeführten Epoxyharze weisen eine Viskosität auf (etwa 100 Poise), welche für eine effektive Verwendung in druckbaren Lötflussmitteln oder Lötpasten zu hoch ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Epoxyharz mit einem niederviskosen, nicht-flüchtigen, flüssigen Verdünnungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht, welches eine Viskosität von etwa 5 Poise aufweist, vermischt, um eine Lösung mit niedrigerer Viskosität zu erhalten. Die Viskosität des vorliegenden Lötflussmittels liegt im Bereich von 10 Poise bis 50 Poise (25°C, Brookfield). Hierbei umfasst das nicht-flüchtige Verdünnungsmittel 25 Gew.-% bis 30 Gew.-% der gesamten Flussmittel-Zusammensetzung. Das Epoxyverdünnungsmittel kann ein eine oder mehrere reaktive Epoxygruppen enthaltendes reaktives Verdünnungsmittel, beispielsweise ein Polyol mit niedrigem Molekulargewicht wie etwa Polyglykoldiepoxid, oder ein Oligomer mit mindestens einer Epoxygruppe pro Molekül umfassen. Andere geeignete reaktive Verdünnungsmittel umfassen Alkylglycidylether und Glycidylsäureester.
  • Weiterhin kann das Epoxyverdünnungsmittel alternativ ein nicht-reaktives Verdünnungsmittel, wie beispielsweise ein Polyetherdiol mit einem Molekulargewicht von unter 1000, umfassen. Andere nicht-reaktive Verdünnungsmittel, welche ebenfalls effektiv sind, umfassen jedoch Nonylphenol, Furfurylalkohol und Dibutylphthalat.
  • Das Gemisch aus Epoxyharz und Epoxyverdünnungsmittel wird Epoxyharzsystem genannt, welches zwischen 75 Gew.-% bis 80 Gew.-% des gesamten Lötflussmittels umfasst.
  • Um die Druckfähigkeit der Flussmittel-Zusammensetzung weiter zu verbessern, wird dem Harzsystem bevorzugt ein thixotropes Mittel, wie beispielsweise hydriertes Castoröl, hinzugefügt. Andere geeignete thixotrope Mittel umfassen Polyamide und Polyethylenwachse. Das thixotrope Mittel umfasst bevorzugt 2.5 Gew.-% bis 3.5 Gew.-% der gesamten Flussmittel-Zusammensetzung.
  • Das Aktivierungsmittel umfasst eine organische Säure, bevorzugt eine polyfunktionelle Carbonsäure wie beispielsweise Maleinsäure, Glutarsäure, Bernsteinsäure, Azelainsäure oder Zitronensäure. Eine polyfunktionelle Carbonsäure weist mehr als eine Carbonsäuregruppe auf, was bedeutet, dass diese Kategorie Dicarbonsäuren (2 Carbonsäuregruppen), wie beispielsweise Maleinsäure, Glutarsäure, Bernsteinsäure und Azelainsäure, und Tricarbonsäuren (3 Carboxylgruppen), wie beispielsweise Zitronensäure, umfasst. Alle diese Säuren sind für eine Verwendung in Lötflussmitteln geeignet. Die Carbonsäure kann ferner eine lineare Dicarbonsäure mit nachfolgender allgemeiner Struktur umfassen: HOOC-(CH2)n-COOH, wobei n = 2 bis 5 ist.
  • Eine zusätzliche Anforderung an das Aktivierungsmittel ist, dass es bei Raumtemperatur in fester, d. h. in nicht-reaktiver Form verbleiben muss. Es sollte bei Raumtemperatur überhaupt keine Reaktion zwischen dem dispergierten Aktivierungs-/Härtungsmittel und dem Epoxyharz stattfinden. Das Aktivierungs-/Härtungsmittel muss in dem Harzsystem aus diesem Grund unlöslich sein. Hierbei werden die Aktivierungsmittel in gepulverter Form bereitgestellt und in das Epoxyharzsystem eingemischt, wobei sie in gepulverter Form verbleiben, bis das Lötflussmittel erhitzt wird. Auf diese Weise kann die Aktivierungs-/Härtungsreaktion erst einsetzen, nachdem das Aktivierungs-/Härtungsmittel geschmolzen worden ist. Es wird betont, dass das speziell ausgewählte Epoxyharz und das speziell ausgewählte Aktivierungs-/Härtungsmittel durch die Schmelztemperatur des zu verwendenden Lötmittels/der zu verwendenden Lötlegierung bestimmt wird. Die zum Start der Reaktion zwischen dem Epoxyharz und dem Aktivierungsmittel erforderliche Temperatur muss etwas unter dem Schmelzpunkt des Lötmittels liegen. So liegt beispielsweise die Reflowtemperatur einer Sn63/Pb37-Lötlegierung bei etwa 183°C. Aus diesem Grund können Aktivierungsmittel mit einem Schmelzpunkt von etwa 130 bis 180°C in Betracht gezogen werden. Ein Aktivierungs-/Härtungsmittel mit einer niedrigeren Schmelztemperatur würde die Härtungsreaktion zu weit vor dem Reflowprozess initiieren, während ein Aktivierungsmittel mit einer höheren Schmelztemperatur den Start der Reaktion zu spät initiieren würde, was zu einem Reflowprozess führen würde, welcher beendet wäre, bevor eine vollständige Härtung des Harzsystems erfolgt sein kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Aktivierungsmittel auch als Härtungsmittel für das Epoxyharzsystem dient. Hierbei wurde festgestellt, dass die hierin vorstehend beschriebenen polyfunktionellen Carbonsäuren sowohl als Aktivierungsmittel als auch als Härtungsmittel geeignet sind. Hilfsweise können: dem Lötflussmittel zusätzliche Härtungsmittel, wie beispielsweise Triisopropanolamin, hinzugefügt werden, um den Härtungsprozess zu katalysieren. Andere geeignete Härtungsmittel umfassen Melamin, 2-Aminopyrimidin und 2,4,6-Triaminopyrimidin.
  • Die Geschwindigkeit der Härtungsreaktion zwischen dem Härtungsmittel und dem Epoxyharzsystem ist eine Funktion der Anzahl an verfügbaren reaktiven Stellen, d. h. funktionellen Epoxygruppen, angegeben in Gew.-% an Epoxid. Die vorstehend beschriebenen Standardepoxyharze, welche Bisphenol A-artige Harze umfassen, weisen jeweils etwa 25 Gew.-% an Epoxid auf. Das niederviskose Epoxyverdünnungsmittel, d. h. Polyglykoldiepoxid, weist etwa 7 Gew.-% an Epoxid auf. Nicht-reaktive Epoxyverdünnungsmittel weisen 0 Gew.-% an Epoxid auf. Es wurde festgestellt, dass das Harzgemisch bevorzugt einen Gesamtgehalt von etwa 15 bis etwa 20 Gew.-% an Epoxid, und stärker bevorzugt von etwa 17 Gew.-% an Epoxid, aufweisen muss, dass das Flussmittel seine Funktion einwandfrei erfüllt, d. h. dass nach dem Härten ein trockener, nicht-klebriger, flexibler Rückstand resultiert.
  • BEISPIELE
  • Flussmittelherstellung #1
  • 40 Gew.-% eines Bisphenol A-artigen Harzes (Molekulargewicht 378) (Epoxidäquivalentgewicht 189) wurden mit 25 Gew.-% Polyetherdiol (Molekulargewicht 760) vermischt, wobei ein niederviskoses Epoxyharzsystem resultierte. 3.5 Gew.-% hydriertes Castoröl wurden in dem Epoxyharzsystem für 15 Minuten bei 75°C dispergiert. Das Gemisch wurde auf 40°C abgekühlt, und es wurden 26 Gew.-% Maleinsäure (in feingepulverter Form) und 0.5 Gew.-% Triisopropanolamin (in feingepulverter Form) unter starker Scherung in dem Gemisch dispergiert.
  • Flussmittelherstellung #2
  • Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Flussmittel 1 unter Verwendung von 50 Gew.-% eines Bisphenol A-artigen Epoxyharzes, 25 Gew.-% Polyglykoldiepoxid (Viskosität 30–60 Centipoise), 2.0 Gew.-% hydriertem Castoröl, 20 Gew.-% Glutarsäure und 3 Gew.-% Maleinsäure.
  • Flussmittelherstellung #3
  • Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Flussmittel 2 unter Verwendung von 50 Gew.-% eines Bisphenol A-artigen Epoxyharzes, 25 Gew.-% Polyglykoldiepoxid (Viskosität 30–60 Centipoise), 2 Gew.-% hydriertem Castoröl, 20 Gew.-% Bernsteinsäure und 3.0 Gew.-% Maleinsäure.
  • Flussmittelherstellung #4
  • Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Flussmittel 2 unter Verwendung von 50 Gew.-% eines Bisphenol A-artigen Epoxyharzes, 25 Gew.-% Polyglykoldiepoxid, 2 Gew.-% hydriertem Castoröl, 20 Gew.-% Azelainsäure und 3.0 Gew.-% Maleinsäure.
  • LÖTPASTE
  • Eine Lötpaste gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst etwa 40 bis etwa 95 Gew.-% an gepulverten Lötpartikeln und etwa 5 bis etwa 60 Gew.-% an VOC-freiem Lötflussmittel, wie es hierin beschrieben ist. Die Lötpartikel umfassen bevorzugt Zinn-Blei-Legierungen wie beispielsweise Sn63/Pb37, welche eine Reflowtemperatur von etwa 183°C aufweisen, und können alternativ Silber-Zinn-Blei- Legierungen, Bismut-Zinn-Blei-Legierungen, Gold-Zinn-Blei-Legierungen oder Iridium-Zinn-Blei-Legierungen umfassen. Die Lötpartikel weisen bevorzugt eine Maschengröße von etwa 325 bis etwa 500 auf, obwohl in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung der Lötpaste auch Lötpartikel mit anderer Größe geeignet sind.
  • BEISPIEL
  • Lötpastenherstellung
  • 130 g Lötflussmittel, welches gemäß Flussmittelherstellung 2 hergestellt wurde, werden mit 870 g Lötpulver Sn63/Pb37, 325–500 Mesh vermischt, wobei etwa 1 kg Lötpaste erhalten wird.
  • Bei Anwendung wird die Lötpaste in Übereinstimmung mit herkömmlichen Drucktechniken auf eine Leiterplatte (PWB) aufgedruckt, wird ein elektronisches Bauteil über den bedruckten Bereichen der PWB in Position gebracht, und wird die PWB in einen Lötmittel-Reflowofen platziert. Der Ofen wird in einer typischen Zackenkurve auf die Reflowtemperatur des Lötmittels erhöht, wie im Fachbereich wohlbekannt ist. Sobald die Temperatur über die Schmelztemperatur des Aktivierungsmittels steigt, schmilzt das Aktivierungsmittel und aktiviert dabei das Lötmittel und die Kupferkontaktflächen, um jegliche Art von Oxidfilm auf deren Oberflächen zu entfernen. Das Aktivierungsmittel dient weiterhin als Härtungsmittel, um Kopplungsreaktionen des Epoxysystems in Gang zu bringen. Steigt die Temperatur auf die Reflowtemperatur des Lötmittels, schmilzt das Lötmittel und fließt über die Oberflächen, wobei ein Lötkontakt zwischen der Kupferkontaktfläche und den Leitern des elektronischen Bauteils zustande kommt, während das Epoxysystem gleichzeitig gehärtet wird. Ist der Reflowprozess beendet, trocknet das Flussmittel auf Epoxybasis, wobei ein klarer, flexibler Rückstand zurückbleibt, welcher nicht an Volumen verliert. Da keine organischen Lösungsmittel oder Verbindungen anwesend sind, werden keine organischen Materialien in die Luft freigesetzt. Der flexible, trockene Rückstand bedarf keiner Reinigung und fungiert als mechanische Verstärkung zwischen dem elektronischen Bauteil und der PWB, was die Anwendung insbesondere für Flexschaltungen geeignet macht. Da der Rückstand nicht klebrig ist, ist er insbesondere auch für eine Pin-Testung der Lötstellen nach dem Reflow geeignet.
  • LÖTDRAHT MIT FLUSSMITTELKERN
  • Die vorliegende VOC-freie Flussmittel-Zusammensetzung ist auch für die Verwendung in einem Lötdraht mit Flussmittelkern effektiv. Lötdrähte mit Flussmittelkern werden typischerweise in manuell durchgeführten Lötverfahren verwendet, in welchen der Lötdraht mittels eines in der Hand gehaltenen Lötkolbens geschmolzen wird. Ein Problem der Industrie in Bezug auf Lötdrähte mit Flussmittelkern, welche im Stand der Technik beschrieben sind, ist die direkte Exposition der mit Lötkolben hantierenden Arbeitnehmer gegenüber toxischen VOC-Emissionen, welche aus den auf Kolophonium basierenden Lötflussmitteln während manuell durchgeführter Lötarbeiten freigesetzt werden.
  • Ein Lötdraht mit Flussmittelkern gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Drahtstruktur mit einem inneren Kern aus dem vorstehend beschriebenen VOC-freien Lötflussmittel und eine äußere Hülle aus einer Lötlegierung, wie sie bereits beschrieben wurde. Beispielsweise umfasst die Lötlegierung bevorzugt eine Zinn-Blei-Legierung wie etwa Sn63/Pb37, welche eine Reflowtemperatur von etwa 183°C aufweist, und kann alternativ Silber-Zinn-Blei-Legierungen, Bismut-Zinn-Blei-Legierungen, Gold-Zinn-Blei-Legierungen oder Iridium-Zinn-Blei-Legierungen umfassen. Lötdrähte mit Kern und deren Herstellung waren vordem im Fachbereich bekannt, weshalb die spezifischen Herstellungsmittel hierin nicht weiter beschrieben werden.
  • BEISPIEL
  • VOC-freier Lötdraht mit Flussmittelkern
  • Ein Lötflussmittel, welches gemäß Flussmittelherstellung 1 (vorstehend) hergestellt wurde, wird in Übereinstimmung mit herkömmlichen Herstellungstechniken mit einer Sn63/Pb37-Lötlegierung coextrudiert, wobei ein Lötdraht mit Flussmittelkern erhalten wird, welcher das beschriebene Lötflussmittel als mittig gelegenen Kern aufweist.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, dass die vorliegende VOC-freie Flussmittel-Zusammensetzung als Unterfüllmaterial in einem mit Chips direkt bestückten Bauteil verwendet wird.
  • Es ist daher ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein effektives und umweltfreundliches VOC-freies Lötflussmittel, eine effektive und umweltfreundliche VOC-freie Lötpaste, und einen effektiven und umweltfreundlichen VOC-freien Lötdraht mit Flussmittelkern bereitstellt. Das Lötflussmittel besteht aus bis zu 80 Gew.-% an Epoxyharzsystem, während die auf Lösungsmittel basierenden Lötflussmittel des Standes der Technik bis zu 80 Gew.-% an organischem Lösungsmittel umfassen. Das Aktivierungs-/Härtungsmittel wird in dem Epoxyharz in Form feiner Feststoffpartikel suspendiert und entfaltet seine Aktivität lediglich nach Schmelzen im Rahmen des Reflowprozesses, während die Aktivierungsmittel in den Lötflussmitteln des Standes der Technik in dem Lösungsmittel gelöst und somit bei Raumtemperatur aktiv sind. Das vorliegende VOC-freie Lötflussmittel verliert nach Erhitzen auf Reflowtemperatur nicht an Gewicht. Das Epoxysystem des Flussmittels härtet, wobei ein klarer, fester, flexibler Rückstand zurückbleibt, welcher als mechanische Verstärkung zwischen dem elektronischen Bauteil und der PWB fungiert, während das organische Lösungsmittel in den Lötflussmitteln des Standes der Technik unter Verlust von bis zu 80 Gew.-% verdampft und ein spröder Rückstand zurückbleibt. Aus diesen Gründen wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung eine signifikante Verbesserung im Fachbereich darstellt, welche einen erheblichen kommerziellen Wert besitzt.

Claims (10)

  1. Lötflussmittel, umfassend: 40–50 Gew.-% eines reaktiven Epoxyharzes, 25–30 Gew.-% eines nicht-flüchtigen, flüssigen Epoxyverdünnungsmittels, welches entweder ein eine oder mehrere funktionelle Epoxygruppen enthaltendes reaktives Verdünnungsmittel oder ein nicht-reaktives Verdünnungsmittel ist, 20-35 Gew.-% einer Komponente, welche als Lötaktivierungsmittel und als Epoxyhärtungsmittel dient, und 2–3.5 Gew.-% eines thixotropen Mittels, wobei das Lötflussmittel eine Viskosität von 10 Poise bis 50 Poise aufweist und frei von flüchtigem organischen Lösungsmittel ist, welches während des Reflow-Prozesses verdampfen kann, und wobei die als Lötaktivierungsmittel und als Epoxyhärtungsmittel dienende Komponente in gepulverter Form bereitgestellt und in das Epoxyharzsystem eingemischt ist, wobei die Komponente in gepulverter Form suspendiert bleibt, bis das Lötflussmittel erhitzt wird.
  2. Lötflussmittel nach Anspruch 1, wobei das reaktive Epoxyharz eine Polymerkette aufweist, welche mindestens zwei reaktive Epoxygruppen umfasst.
  3. Lötflussmittel-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das nicht-flüchtige, flüssige Epoxyverdünnungsmittel ein Oligomer umfasst, welches mindestens eine Epoxygruppe pro Molekül aufweist.
  4. Lötflussmittel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die als Lötaktivierungsmittel und als Epoxyhärtungsmittel dienende Komponente eine organische Säure umfasst.
  5. Lötflussmittel-Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die organische Säure eine polyfunktionelle Carbonsäure umfasst.
  6. Lötflussmittel-Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die organische Säure eine lineare Dicarbonsäure mit nachfolgender chemischer Struktur umfasst: HOOC-(CH2)2-OOOH, wobei n = 2 bis 5 ist.
  7. Lötpaste, umfassend eine Lötflussmittel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Lötpartikel.
  8. Lötpaste nach Anspruch 7, umfassend 40 Gew.-% bis 95 Gew.-% Lötpartikel bezogen auf das Gewicht der Lötpaste und 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% Lötflussmittel-Zusammensetzung bezogen auf das Gewicht der Lötpaste.
  9. Lötdraht-Konstruktion mit Kern, umfassend einen inneren Kern aus einer Lötflussmittel-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und eine äußere Hülle aus einer Lötlegierung.
  10. Verwendung einer Lötflussmittel-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Unterfüllmaterial in einem mit Chips direkt bestückten Bauteil.
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