Flussmittelfreies Löten von 80Au/20Sn unter Formier-/Schutzgas

Löten ohne Flussmittel wird im Allgemeinen als schwierig, wenn nicht unmöglich angesehen. Dennoch wird ein flussmittelfreier Prozess routinemäßig mit 80Au/Sn-Bändern und Formteilen durchgeführt – wie kann das sein?

Die kurze Antwort lautet: da 80Au/Sn als Hartlot verarbeitet werden kann.

Lassen Sie uns kurz auf die Rolle eines Flussmittels eingehen. Flussmittel sind Chemikalien, die Oberflächen reinigen (desoxidieren) und diese vor einer Reoxidation während des Lötens schützen, sodass das Lot benetzt ist und zuverlässige Lötstellen bildet. Gold läuft nicht an. Somit ist theoretisch kein Flussmittel erforderlich. In der Praxis wird jedoch kaum reines Gold verlötet, sondern vielmehr vergoldete Oberflächen. Sofern sie nicht sehr dick ist, löst sich die Au-Beschichtung (z. B. Flash-Gold < 0,5 Mikrometer dick) jedoch schnell in das AuSn auf, wobei die Lötstelle tatsächlich mit dem unter dem Au liegenden Grundmetall hergestellt wird. Dabei handelt es sich fast immer um Nickel. Leider oxidiert Nickel unter Umständen selbst dann, wenn es mit einer Goldbeschichtung versehen ist. Daher sind während des Lötens weiterhin ein Reoxidationsschutz sowie die Entfernung des Oxids erforderlich. Eine Reoxidation kann einfach bei Verwendung einer Stickstoffatmosphäre verhindert werden. Die Oxidreduzierung und -entfernung wird erreicht, indem Wasserstoff zur Atmosphäre hinzugefügt wird, auch bekannt als Formiergas. Obwohl somit keine flüssige Chemikalie verwendet wird, stellt das N2/H2-Gemisch eine „Chemikalie“ dar und verhält sich wie ein Flussmittel.

Der Wasserstoffanteil in Durchlauföfen liegt normalerweise zwischen 5-10 %, kann in Spezialanlagen jedoch bis zu 100 % betragen. Bei einem höheren H2-Gehalt verbessert sich die Wärmeübertragung, da die Wärmekapazität von Wasserstoff ca. 14 Mal so hoch wie die von Stickstoff ist. Bei höheren H2-Prozentsätzen ist die Oxidreduzierung schneller, dann müssen jedoch eventuell Sicherheitsvorkehrungen (Flammendurchschlagsicherungen usw.) verwendet werden. Interessanterweise ist Wasserstoff bei einer Konzentration von ca. 75 % nicht mehr entzündlich, da nicht mehr genügend Sauerstoff zur Unterstützung der Verbrennung zur Verfügung steht (allerdings bestehen Bedenken hinsichtlich der Wasserstoffversprödung). Ein Gemisch mit einem Wasserstoffgehalt von weniger als 5 % ist ebenfalls nicht entzündlich, da der Wasserstoff für eine Verbrennung zu sehr verdünnt ist. Bei dieser Wasserstoffverdünnung ist die Oxidentfernung für die Praxis jedoch möglicherweise zu langsam.

Zu beachten ist ferner, dass die Rate der Oxidreduzierung bei höheren Temperaturen verbessert wird. In einer Produktionsumgebung mit Au/Sn-Lot liegen die Prozesstemperaturen für eine gute Oxidreduzierung normalerweise bei 330-350 °C. Bei flussmittelfreien Lötprozessen ist Sauberkeit ein unbedingtes Muss, da die Bauteile nicht nur durch Oxid, sondern auch durch die Oberflächenkontamination beeinträchtigt werden können. Eine Oberflächenkontamination kann durch die Handhabung während der Verarbeitung der AuSn-Formteile und während des Einsatzes eingeführt werden. Formteile werden mechanisch hergestellt, sodass zur Minimierung einer Kontamination äußerste Sorgfalt erforderlich ist. Ihr Lotanbieter muss außerdem die Dickentoleranz sorgfältig kontrollieren. AuSn wird „am Ort benetzt“ und breitet sich bei der Benetzung nicht aus. Jede Variation der Dicke ist daher im Allgemeinen auch in der fertigen Lötstelle präsent. Wählen Sie Ihren Anbieter sorgfältig aus!

Das nächste Mal behandeln wir Reflow-Verfahren mit Flussmitteln einschließlich Formiersäure (die nicht das Gleiche wie Formiergas ist). Bis dahin können Sie hier klicken, um eine Apps-Notiz mit weiteren Prozess- und Profilinformationen herunterzuladen.