Lotpaste ist eine Zubereitung aus pulverförmigem Lot in klebriger Flussmittelpaste, die hauptsächlich zum Löten von oberflächenmontierten Bauteilen auf Leiterplatten verwendet wird. Es ist auch möglich, Durchgangslochstifte in Pastenkomponenten einzulöten, indem Lötpaste in und über die Löcher gedruckt wird. Die klebrige Paste hält die Komponenten vorübergehend an Ort und Stelle; Anschließend wird die Platine erhitzt, wodurch die Paste schmilzt und eine mechanische Verbindung sowie eine elektrische Verbindung entsteht.
Lotpaste wird typischerweise in einem Schablonendruckverfahren von einem Lotpastendrucker[1] verwendet, bei dem Paste über eine Edelstahl- oder Polyestermaske aufgetragen wird, um das gewünschte Muster auf einer Leiterplatte zu erzeugen. Die Paste kann pneumatisch, durch Stiftübertragung (wobei ein Stiftgitter in Lötpaste getaucht und dann auf die Platine aufgetragen wird) oder durch Strahldruck (wobei die Paste wie bei einem Tintenstrahldrucker durch Düsen auf die Pads ausgestoßen wird) abgegeben werden.
Nach dem Pastendruck werden die Bauteile per Pick-and-Place-Maschine oder von Hand platziert. Der Pastenträger/das Flussmittel muss nicht nur die Lötverbindung selbst bilden, sondern auch über eine ausreichende Klebrigkeit verfügen, um die Komponenten zu halten, während die Baugruppe die verschiedenen Herstellungsprozesse durchläuft und möglicherweise in der Fabrik bewegt wird. Ein Attiny-Mikrocontroller wird vor dem Reflow-Löten in Lötpaste gelegt. Auf die Komponentenplatzierung folgt ein Reflow-Lötprozess.
Der Pastenhersteller schlägt ein geeignetes Reflow-Temperaturprofil vor, das zu seiner individuellen Paste passt. Die Hauptanforderung ist ein sanfter Temperaturanstieg, um eine explosionsartige Ausdehnung zu verhindern (die zu „Lotkugeln“ führen kann) und dennoch das Flussmittel zu aktivieren. Danach schmilzt das Lot. Die Zeit in diesem Gebiet ist als Zeit über Liquidus bekannt. Nach dieser Zeit ist eine relativ kurze Abkühlphase erforderlich.
Für eine gute Lötverbindung muss die richtige Menge Lotpaste verwendet werden. Zu viel Paste kann zu einem Kurzschluss führen; Zu wenig kann zu einer schlechten elektrischen Verbindung oder einer schlechten physischen Festigkeit führen. Obwohl Lotpaste typischerweise etwa 90 Gewichtsprozent Metall in Feststoffen enthält, beträgt das Volumen der Lötstelle nur etwa die Hälfte des Volumens der aufgetragenen Lotpaste.[2] Dies ist auf das Vorhandensein von Flussmitteln und anderen nichtmetallischen Wirkstoffen in der Paste sowie auf die geringere Dichte der in der Paste suspendierten Metallpartikel im Vergleich zur endgültigen, festen Legierung zurückzuführen.
Wie bei allen Flussmitteln, die in der Elektronik verwendet werden, können zurückbleibende Rückstände schädlich für den Stromkreis sein, und es gibt Standards (z. B. J-Std, JIS, IPC), um die Sicherheit der zurückgelassenen Rückstände zu messen.
In den meisten Ländern sind „No-Clean“-Lötpasten am weitesten verbreitet; In den Vereinigten Staaten sind wasserlösliche Pasten (für die eine Reinigungspflicht besteht) üblich.
Nach dem IPC-Standard J-STD-004 „Anforderungen an Lötflussmittel“ werden Lotpasten anhand der Flussmitteltypen in drei Typen eingeteilt:
Flussmittel auf Kolophoniumbasis werden aus Kolophonium hergestellt, einem natürlichen Extrakt aus Kiefern. Diese Flussmittel können bei Bedarf nach dem Lötvorgang mit einem Lösungsmittel (eventuell auch Fluorchlorkohlenwasserstoffe) oder einem verseifenden Flussmittelentferner gereinigt werden.
Wasserlösliche Flussmittel bestehen aus organischen Materialien und Glykolbasen. Für diese Flussmittel gibt es verschiedenste Reinigungsmittel.
Ein No-Clean-Flussmittel ist so konzipiert, dass nur geringe Mengen inerter Flussmittelrückstände zurückbleiben. No-Clean-Pasten sparen nicht nur Reinigungskosten, sondern auch Investitionsaufwand und Stellfläche. Allerdings benötigen diese Pasten eine sehr saubere Montageumgebung und möglicherweise eine inerte Reflow-Umgebung.
