DE102008031004A1

DE102008031004A1 - Lotmaterial, enthaltend ein Metallstearat sowie Verwendung von Metallstearaten in Lotmaterialien

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Publication number: DE102008031004A1
Application number: DE102008031004A
Authority: DE
Original assignee: NEUE MATERIALIEN BAYREUTH GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Robert Bosch GmbH; Conti Temic Microelectronic GmbH; WC Heraus GmbH and Co KG; Siemens AG; Seho Systemtechnik GmbH
Current assignee: Neue Materialien Bayreuth De GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Robert Bosch GmbH; Conti Temic Microelectronic GmbH; Siemens AG; Seho Systemtechnik GmbH; Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2009-12-31
Also published as: JP2011526542A; US20110162871A1; WO2010000679A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Lotmaterialien, wie z.B. eine Lotpaste (11) und Kontaktflächen für Lötverbindungen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass als Flussmittel ein Metallstearat zum Einsatz kommt, welches entweder als feste Schicht (14, 15) auf den Lotpartikeln (12) oder Kontaktflächen (nicht dargestellt) aufgebracht ist oder als Dispersion oder Lösung im Bindemittel vorliegt. Vorteilhaft kann der Einsatz klassischer Flussmittel hierdurch vermieden werden, insbesondere können harzfreie Lotmaterialien zur Verfügung gestellt werden. Dies bewirkt eine vereinfachte Lagerung und Verarbeitbarkeit der Lotmaterialien unter Ausbildung vergleichsweise besserer Lötverbindungen. Die Verwendbarkeit von Metallstearaten als Flussmittel lässt sich erreichen, wenn Metalle verwendet werden, deren erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität (ao) aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan und dieses Metallstearat in genügender Menge vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft verschiedene Lotmaterialien, die auch Metallstearate enthalten. Insbesondere betrifft die Erfindung Lotpulver oder Lotpasten, aufweisend Partikel aus einem Lotwerkstoff, die auf der Oberfläche eine Schicht aus festem Metallstearat aufweisen, wobei bei Lotpasten zusätzlich ein die Lotpartikel umgebendes Bindemittel vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lotpaste, aufweisend Partikel aus einem Lotwerkstoff und ein die Partikel umgebendes Bindemittel allgemein. Weiterhin betrifft die Erfindung Lotmaterialien in Form von Lothalbzeugen wie Lotdrähten und Lotformteilen. Außerdem betrifft die Erfindung Trägerbauteile mit Kontaktflächen für elektrische Bauelemente, auf denen auch Lotdepots vorgesehen sein können.
Ein Lotpulver gemäß der eingangs angegebenen Art ist beispielsweise aus der EP 1 099 507 B1 bekannt. Das Lotpulver besteht aus Lotpartikeln eines Lotwerkstoffes Sn-Zn-Basis, die zumindest auf einem Teil ihrer Oberfläche ein festes Metallstearat aufweisen, wobei das Metall bevorzugt Cu, Zn, Ag oder Bi ist. Das Metallstearat wird zu dem Zweck auf die Oberfläche der Lotpartikel aufgebracht, damit eine bessere Lagerung des Lotpulvers möglich ist. Insbesondere soll verhindert werden, dass die Partikel des Lotpulvers mit Aktivierungs-Komponenten des Flussmittels, welches ebenfalls in dem entsprechenden Lotmaterial vorgesehen ist, verhindert werden, wodurch die Lagerbeständigkeit des Lotpulvers verbessert wird. Als Flussmittel in dem Lotmaterial gemäß der EP 1 099 507 B1 können alle herkömmlichen Flussmittel ohne irgendeine besondere Beschränkung zum Einsatz kommen.
Hierunter fallen u. a. natürliche Harze, wie Fichtenharz, Aktivatoren und Lösungsmittel. Außerdem sind die Thixotropie beeinflussende Substanzen und Tenside typischerweise im Flussmittel enthalten. Nähere Angaben zu den verwendeten Flussmitteln werden in den Absätzen 0046 bis 0049 der EP 1 099 507 B1 gemacht.
Aus Seishi Kumamoto et al., „Joint strength and microstructure for Sn-Ag-(Cu)Soldering an an Electroless NiAu Surface Finish by Using a Flux Containing a Cu Compound", Journal of Electronic Materials, Vol. 37, No. 6, 2008, Seiten 806 bis 814 ist es zudem bekannt, ein Kupferstearat in ein Flussmittel zu geben, wobei dieses Kupferstearat dafür verantwortlich gemacht wird, dass die ausgebildeten Lötverbindungen, eine verbesserte Haltbarkeit der ausgebildeten Lötverbindungen aufweisen. Dies wird auf die Wirkung des Cu-Stearates zusammen mit einem Flussmittel zurückgeführt.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Lotmaterialien wie Lotpulver, Lotpasten, Lothalbzeuge oder für das Löten vorbereitete Trägerbauteile/Bauelemente mit und ohne Lotwerkstoff anzugeben, bei denen ein Flussmittel zum Einsatz kommt, welches vergleichsweise geringen Qualitätsschwankungen unterworfen ist und vergleichsweise unproblematisch gelagert und verarbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den verschiedenen oben genannten Lotmaterialien erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass entweder ein Metallstearat als Schicht auf dem Lotmaterial (Lotpartikel, Lothalbzeug) oder auf Kontaktflächen vorgesehen ist, welche einen Anteil von mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 40 Gew.-%, ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan. Eine alternative Lösung der Aufgabe besteht darin, dass ein Metallstearat in dem Bindemittel enthalten ist, welches die Partikel aus dem Lotwerkstoff in der Lotpaste umgibt, enthalten ist, das einen Anteil von mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, des Bindemittels ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan. Bei dieser Alternative der Erfindung ist weiterhin in dem Bindemittel ein Lösungsmittel enthalten, das einen Anteil von bis zu 50 Gew.-% ausmacht. Der Rest des Bindemittels wird von anderen Metallsalzen und/oder bis zu 10 Gew.-% Karbonsäuren und/oder Aktivatoren gebildet. Die anderen Metallsalze, d. h. Metallsalze, die keine Metallstearate sind, werden dem Bindemittel zugegeben, um das Gefüge der sich ausbildenden Lötverbindung bzw. deren Grenzflächenausbildung zu beeinflussen. Als Aktivator kann beispielsweise Diethylaminhydrochlorid zugegeben werden.
Als Dispersionsmittel kommen beispielsweise Glykoläther, mehrwertige Alkohole und Esther in Betracht. Hierbei handelt es sich um Substanzen, die aufgrund einer verhältnismäßig starken Polarität dazu führen, dass das Metallstearat nicht in ihnen löslich ist. Als Lösungsmittel für Metallstearate kommen unpolare Lösungsmittel in Frage.
Vorteilhaft kann auf die Verwendung von Harzen im Bindemittel vollständig verzichtet werden. Die Baumharze (Kolophonium), welche in normalen Flussmitteln die Lotpartikelflächen in der Lotpaste vor Oxidation schützen soll und die Klebefähigkeit sowie die Viskosität und damit das Fliesverhalten der Lotpaste beeinflusst unterliegt je nach Markt und Anbaugebiet sehr starken Qualitätsschwankungen, weswegen ein gleichmäßiges Verhalten der eingesetzten Lotpasten nicht erreicht werden kann. Um die Qualitätsschwankungen abzufangen, müssen die Eigenschaften chargenabhängig mittels weiterer chemischer Stoffe angepasst werden. Dieser Aufwand entfällt vorteilhaft, wenn keine natürlichen Harze in dem Bindemittel eingesetzt werden müssen, wodurch die Verwendung der hergestellten Lotpasten vereinfacht und der Qualitätsstandard vorteilhaft verbessert wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Lotpasten einfacher und über einen längeren Zeitraum gelagert werden können.
Im Falle der Verwendung der Metallstearate als feste Schicht auf dem Lotwerkstoff bzw. den Kontaktflächen für Lötverbindungen entsteht der Vorteil, dass das feste Metallstearat in an sich bekannter Weise (vgl. EP 1 099 507 B1 ) einen Schutz des Lotwerkstoffes vor Oxidation darstellt. Zusätzlich wird aber der vorteilhafte Effekt erzielt, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Metallstearate auch weitere Aufgaben des Flussmittels übernehmen können, so dass auf herkömmliche Flussmittel vollständig verzichtet werden kann. Insbesondere die Hauptaufgabe des Flussmittels, als reaktive Komponente während des Lötprozesses eine Reinigung der Oberfläche der Lotpartikel sowie der Kontaktflächen zu bewirken, kann durch die erfindungsgemäß verwendeten Metallstearate übernommen werden.
Hierzu ist es allerdings notwendig, dass die verwendeten Metallstearate aus mindestens einem Metall gebildet sind, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan. Mit anderen Worten müssen die Metallstearate aus mindestens einem Metall gebildet sein, dem gegenüber Sauerstoff eine thermodynamische Aktivität aufweist, die höchstens derjenigen gegenüber Chrom, bevorzugt höchstens derjenigen gegenüber Titan entspricht. Die thermodynamischen Aktivität von Sauerstoff gegenüber den verwendeten Metallen ist in diesem Zusammenhang als das ausschlaggebende Kriterium anzusehen, damit die verwendeten Metallstearate ihre reaktive Wirkung als Flussmittel entfalten können. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die während des Lötprozesses gebildeten Metallionen die erforderliche reduzierende Wirkung als Flussmittel entfalten.
Die thermodynamischen Aktivität von Sauerstoff (auch Sauerstoffaktivität a_o genannt) gegenüber verschiedenen Metallen lässt sich berechnen, wobei die theoretischen Grundlagen hierzu beispielsweise in O. Kubaschewski et al., „Materials Thermochemestry", 6. Auflage, Oxford 1993 aufgeführt werden. Hierbei wird die Gleichgewichtsreaktion zwischen dem betreffenden Metall und seinem ersten Metalloxid zu Grunde gelegt. Das erste Metalloxid ist dasjenige Metalloxid, welches sich bei Erhöhung des Sauerstoffpartialduckes in der Gleichgewichtsreaktion als erstes bildet. Für die betreffende Gleichgewichtsreaktion kann die sog. Gibbs-Energie in der Literatur aufgefunden werden. Aus der Berechnungsformel der Gibbs-Energie nach Kubaschewski lässt sich dann die temperaturabhängige Sauerstoffaktivität berechnen, wenn Reaktionsbedingungen angenommen werden, für die die Aktivitäten des Metalls und des Metalloxids gerade den Referenzwert 1 ergeben. So kann für jedes Metall bestimmt werden, ob es in dem Metallstearat erfindungsgemäß zum Einsatz kommen kann, mit anderen Worten Sauerstoff bezüglich der Gleichgewichtsreaktion mit dem ersten Metalloxid dieses Meatalls eine thermodynamische Aktivität aufweist, die höchstens derjenigen bei Chrom, bevorzugt höchstens derjenigen bei Titan entspricht.
Im Falle von festen Metallstearaten ist noch zu bemerken, dass diese aufgrund der während des Lötprozesses herrschenden Temperaturen bereits im geschmolzenen Zustand vorliegen, d. h. dass Metallionen zur Verfügung stehen. Im Falle der Lösung der Metallstearate durch ein geeignetes Lösungsmittel im Bindemittel der Lotpaste liegen aufgrund des Lösungsprozesses ebenfalls Metallionen vor.
Durch Beimengung des Metallstearates, z. B. von Aluminiumstearat zum Lotmaterial, können bei allen Lötprozessen auch ohne Zugabe klassischer Flussmittel zuverlässige Lötverbindungen hergestellt werden. Die Zugabe des Metallsalzes erfolgt dabei entweder durch Anreicherung des Lotmaterials, d. h. Aufbringen von festem Metallstearat auf den Lotwerkstoff oder Einbringen von Metallstearaten in das Bindemittel eines Lotmaterials oder durch Konfektionierung der zu lötenden Fügepartner vor der Herstellung der Lötstelle im Fertigungsprozess. Hierbei kann beispielsweise festes Metallstearat auf die Kontaktflächen der Bauelemente oder des Trägerbauteils aufgebracht werden oder das Trägerbauteil weist auf den Kontaktflächen bereits Lotdepots aus einem Lotwerkstoff auf, die mit dem festen Metallstearat beschichtet sind. Weiterhin ist es auch möglich, Halbzeuge aus Lotmaterial, wie z. B. einen Lötdraht oder Lotformteile, wie Lotkugeln, für Ball-Grid-Arrays, mit dem festen Metallstearat zu beschichten. Ein Verfahren, mit dem eine solche Beschichtung durchgeführt werden kann, ist der EP 1 099 507 B1 zu entnehmen. Dies kann z. B. durch Einbringen des Lotwerkstoffes oder der Kontaktflächen in eine übersättigte Lösung des betreffenden Metallstearates erfolgen, welches sich dann auf den betreffenden Oberflächen abscheidet. Eine andere Möglichkeit besteht in dem Versprühen des Metallstearates im schmelzflüssigen Zustand.
Mit dem Einsatz von Metallstearaten und der Substitution klassischer Flussmittelsysteme durch diese Substanz entfallen viele Probleme bei der Herstellung von Flussmitteln und dem Transport und der Lagerung der hergestellten Lotpasten. Weiterhin können Restriktionen entfallen, die mit der Aufbringung, Verarbeitung und Resteentfernung des Flussmittels zusammenhängen. Außerdem können Metallstearate preisgünstig hergestellt werden, sind umweltfreundlich zu handhaben und einfach zu entsorgen, da sie keine giftigen Substanzen darstellen (zumindest, wenn die verwendeten Metalle des Metallstearates als solche ebenfalls ungiftig sind. Die Metallstearate üben darüber hinaus keine Korrosionswirkung auf die hergestellten Lötverbindungen aus und müssen daher nach erfolgter Lötung nicht entfernt werden. Die Lötstellen sind darüber hinaus qualitativ hochwertiger und dadurch zuverlässiger, was die Herstellung zuverlässiger elektronischer Produkte ermöglicht.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung eines Metallstearates als Flussmittel für das Loten.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Verwendung von Metallstearaten in Lotmaterialien aus der EP 1 099 507 B1 sowie der genannten wissenschaftlichen Publikation von Seishi Kumamoto bereits bekannt. Allerdings werden die Metallstearate im Zusammenhang mit diesen Veröffentlichungen zusätzlich zu den allgemein als Flussmittel bekannten Substanzen verwendet. Die Zielstellung der Verwendung der Metallstearate liegt in einer Verbesserung der Langzeitstabilität der ausgebildeten Lötverbindungen bzw. in einer Verbesserung der Lagerstabilität der hergestellten Lotpasten. Die Verwendung eines Metallstearates als Flussmittel, wobei auch die Hauptaufgabe von Flussmitteln einer Reduktion der Partikel aus dem Lotwerkstoff während des Ausbildens der Lötverbindung gewährleistet ist, beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass bei geeigneter Auswahl von Metallen der verwendeten Metallstearate eine reduzierende Wirkung der durch das Metallstearat freigesetzten Metallionen diese Hauptaufgabe des Flussmittels übernehmen kann. Deswegen können derartige Metallstearate anstelle der bisher zum Einsatz kommenden Flussmittel verwendet werden, womit die mit dem Einsatz herkömmlicher Flussmittel verbundenen, oben bereits erwähnten Probleme vermieden werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass das Metallstearat beim Löten als einzige aktive Verbindung zum Einsatz kommt. Unter aktiver Verbindung im Sinne der Erfindung sind diejenigen Verbindungen zu verstehen, die während des Lötprozesses eine reduzierende Wirkung an der Oberfläche des Lotwerkstoffes sowie der Kontaktflächen erzeugen und somit eventuelle Oxidschichten zerstören, die eine zuverlässige Ausbildung der Lötverbindung verhindern würden.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Verwendung eines Metallstearates als Flussmittel für das Löten, indem das Metallstearat in das die Lotpartikel des Lotmaterials zusammenhaltende Bindemittel eingebracht wird, wobei zumindest weiterhin Fettsäuren in diesem Bindemittel enthalten sind. Hierbei wird vorteilhaft die Eigenschaft der Metallstearate genutzt, das Bindemittel zu verdicken. Zudem können die Metallstearate sowohl in dispergierter als auch in gelöster Form im Bindemittel während des Lötprozesses die für die erfindungsgemäße Verwendung des Metallstearates als Flussmittel erforderliche Wirkung entfalten, reduzierend auf die Oberflächen der Lotpartikel sowie der Kontaktflächen zu wirken.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
1 schematisch den Ausschnitt einer Lotpaste als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lötmaterials,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lötmaterials in Form eines Lötdrahtes, der mit Metallstearat beschichtet ist,
3 und 4 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Trägerbauteils und
5 die thermodynamische Aktivität a von Sauerstoff (a0) gegenüber verschiedener Metalle logarithmisch in Abhängigkeit von der Temperatur.
Eine Lotpaste 11 gemäß 1 ist aus Partikeln 12 aus einem Lotmaterial sowie einem Bindemittel 13 gebildet. Die Lotpartikel 12 repräsentieren in 1 unterschiedliche Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung, wobei ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch Varianten der Lotpaste denkbar sind, wo jeweils nur eine Art der im Folgenden beschriebenen verschiedenen Arten von Partikeln enthalten ist. Eine erste Art von Partikeln ist vollständig mit einer Schicht 14 aus Metallstearat überzogen. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Metallstearat eine Oxidation der Partikel zu verhindern vermag, weswegen eine Lagerung des Lotmaterials auch über längere Zeiträume unproblematisch möglich ist.
Eine weitere Variante der Partikel ist nur teilweise mit Metallstearat beschichtet. Auf der Oberfläche entstehen daher Inseln 15, die sich als Schicht verstehen lassen, und mit unbeschichteten Anteilen des Partikels abwechseln. Während des Lötprozesses kann das Metallstearat auch bei dieser Variante der Partikel seine reduzierende Wirkung entfalten.
Eine dritte Variante von Partikeln 12 des Lotwerkstoffes sind unbeschichtet. Um eine Lötbarkeit dieser Partikel zu gewährleisten, ist es daher notwendig, dass entweder andere Partikel mit Stearat beschichtet sind (wie in 1 dargestellt) oder dass Metallstearat im Bindemittel vorliegt (nicht näher dargestellt). Im Bindemittel kann das Metallstearat als Dispersion oder im gelösten Zustand vorliegen, was vom Einsatz der weiteren Stoffe im Bindemittel abhängt, die entweder eine Dispersion oder eine Lösung der Metallstearate bewirken. Selbstverständlich kann auch bei Einsatz von beschichteten Partikeln 12 zusätzlich Metallstearat im Bindemittel vorgesehen werden. Hierdurch wird eine Lotpaste zur Verfügung gestellt, bei der einerseits die Oxidation der Partikel aufgrund einer auf der Oberfläche befindlichen Schicht 14 wirksam verhindert wird, andererseits die Viskosität des Bindemittels mittels des verwendeten Metallstearates eingestellt werden kann, was im Verhältnis zur intendierten Hauptwirkung des Metallstearates als Reduktionsmittel einen Bonuseffekt erzielt.
In 2 ist ein Lötdraht 16 dargestellt, der ebenfalls eine Schicht 14 aus Metallstearat aufweist. Diese umgibt den Lötdraht vollständig, was einen Oxidationsschutz bewirkt und damit die Lagerstabilität des Lötdrahtes verbessert. Außerdem kann der Lötdraht ohne den Einsatz zusätzlichen Flussmittels verwendet werden, was die Handhabung beim Löten vereinfacht. Anstelle des Lötdrahtes können in gleicher Weise andere Löthalbzeuge beschichtet werden.
In 3 ist ein Trägerbauteil 17 in Form einer Leiterplatte schematisch als Seitenansicht dargestellt. Auf dieser sind Kontaktflächen 18 vorgesehen, die mit einer Schicht 14 aus Metallstearat beschichtet sind. Hierdurch wird einerseits ein Oxidationsschutz für die Kontaktflächen bewirkt, andererseits steht das Metallstearat, was während des Lötvorganges aufgeschmolzen wird, als Flussmittel zur Verfügung. Gemäß 4 kann vor dem Beschichten der Kontaktflächen 18 auch das Aufbringen von Lotdepots 19 erfolgen, die anschließend mit der Schicht 14 aus Metallstearat versehen werden. Statt einer Leiterplatte können auch die Kontaktflächen von Bauelementen in der zu 3 und 4 beschriebenen Weise mit Lotdepots und/oder Metallstearat beschichtet werden (nicht dargestellt).
Anhand von 5 soll der theoretische Hintergrund für die erfindungsgemäße Auswahl der Metallstearate nochmals beschrieben werden. Eine der wichtigsten Eigenschaften der Flussmittel ist die Fähigkeit die auf den Metallpartikeln des Lotwerkstoffes vorhandenen Oxide zu reduzieren und die im Lötprozess frei werdenden Metalloberflächen von einer erneuten Oxidation zu schützen.
Die Metalloxidbildung kann im Allgemeinen durch die folgende chemische Reaktion beschrieben werden: xM + yO = MxOy,wobei M für das betreffende Metall steht. Im Gleichgewicht gilt (siehe auch O. Kubaschewski et al., „Materials Thermochemestry", 6. Auflage, Oxford 1993):
ΔG⁰ ist die freie Standardreaktionsenthalpie dieser Reaktion (Die temperaturabhängige freie Standardreaktionsenthalpie kann aufgrund der bekannten thermodynamischen Daten entweder manuell oder mit Hilfe thermodynamischer Programme und Datenbanken wie ThermoCalc, FactSage, usw. berechnet werden und ist damit bekannt);
a_M, a_O sind die chemischen Aktivitäten des entsprechenden Metalloxids, Metalls und Sauerstoff; R ist die allgemeine Gaskonstante und T ist die Temperatur in Kelvin. Bei der richtigen Wahl der Referenzzustände in Abhängigkeit der herangezogenen thermodynamischen Daten sind die Aktivitäten von dem Metall und Metalloxid gleich 1. Daraus kann die Aktivität von Sauerstoff im Gleichgewicht mit dem Oxid wie folgt berechnet werden:
In 5 die Aktivität von Sauerstoff im Gleichgewicht mit dem zuerst entstehenden Metalloxid für verschiedene Metalle in Abhängigkeit der Temperatur dargestellt. Dabei wurde das erste Metalloxid, das sich bei steigender Sauerstoffaktivität aus reinem Metall bildet, gewählt. Dieses ist im Allgemeinen auch dasjenige Metalloxid, dessen Entstehung während des Lötprozesses unterdrückt werden soll. Das Diagramm wurde mit dem Programm Thermocalc und der Datenbank SSUB (Pure Substance Database) von Scientific Group Thermodata Europe (SGTE) berechnet.
Die mit der oben beschriebenen Methode berechnete Sauerstoffaktivität (a_O bzw. aO in 5) gibt Aufschluss über die reduzierende Wirkung von Metallionen aus dem Metallstearat. Die reduzierende Wirkung steigt, wenn die a_o sinkt. Untersuchungen haben ergeben, dass die für die Verwendung als Flussmittel technisch mindestens notwendige Wirkung mit Metallen des Stearates erzielt werden kann, wenn a_o in der oben genannten Gleichgewichtsreaktion des Metalls mit dem ersten Metalloxid höchstens so hoch ist, wie bei Chrom (log a_o bei 520 K < –30). Besonders effektiv sind Metallstearate, die hinsichtlich a_o höchstens den Werten von Titan entsprechen, insbesondere Aluminiumstearat und Manganstearat (log a_o bei 520 K < –48).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1099507 B1 [0002, 0002, 0003, 0009, 0013, 0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Seishi Kumamoto et al., „Joint strength and microstructure for Sn-Ag-(Cu)Soldering an an Electroless NiAu Surface Finish by Using a Flux Containing a Cu Compound”, Journal of Electronic Materials, Vol. 37, No. 6, 2008, Seiten 806 bis 814 [0004]
- O. Kubaschewski et al., „Materials Thermochemestry”, 6. Auflage, Oxford 1993 [0011]
- O. Kubaschewski et al., „Materials Thermochemestry”, 6. Auflage, Oxford 1993 [0030]

Claims

Lotpulver, aufweisend Partikel (12) aus einem Lotwerkstoff, die auf der Oberfläche eine Schicht (14, 15) aus festem Metallstearat aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallstearat in der Schicht einen Anteil von mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 40 Gew.-% ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität (a_o) aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan.
Lotpaste, aufweisend Partikel (12) aus einem Lotwerkstoff, die auf der Oberfläche eine Schicht (14, 15) aus festem Metallstearat aufweisen, und ein die Lotpartikel umgebendes Bindemittel (15) dadurch gekennzeichnet, dass das Metallstearat in der Schicht (14, 15) einen Anteil von mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 40 Gew.-% ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität (a_o) aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan.
Lotpaste, aufweisend Partikel (12) aus einem Lotwerkstoff und ein die Partikel umgebendes Bindemittel (13), dadurch gekennzeichnet, dass – ein Metallstearat in dem Bindemittel (13) enthalten ist, das einen Anteil von mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 20 Gew.-% des Bindemittels ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität (a_o) aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan, – ein Lösungsmittel oder ein Dispersionsmittel in dem Bindemittel (13) enthalten ist, das einen Anteil von bis zu 50 Gew.-% ausmacht und – der Rest des Bindemittels (13) von anderen Metallsalzen und/oder bis zu 10 Gew.-% Carbonsäuren und/oder Aktivatoren gebildet ist.
Lotpaste nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (13) frei von Harzen ist.
Lotmaterial in Form eines Lothalbzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Lothalbzeug mit einer Schicht (14) aus festem Metallstearat versehen ist, wobei das Metallstearat in der Schicht einen Anteil von midestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 40 Gew.-% ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität (a_o) aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan.
Lotmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lothalbzeug ein Lötdraht (16) ist.
Lotmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lothalbzeug ein Lotformteil ist.
Trägerbauteil (17) mit Kontaktflächen (18) für elektrische Bauelemente oder elektrisches Bauelement mit Kontaktflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (18) mit einer Schicht (14) aus festem Metallstearat versehen sind, wobei das Metallstearat in der Schicht einen Anteil von mindestens 20 Gew.-% bevorzugt mindestens 40 Gew.-% ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität (a_o) aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan.
Trägerbauteil oder elektrisches Bauelement mit Kontaktflächen (18) für eine Lötverbindung, auf denen Lotdepots (19) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Lotdepots (19) mit einer Schicht (14) aus festem Metallstearat versehen ist, wobei das Metallstearat in der Schicht einen Anteil von mindestens 20 Gew.-% bevorzugt mindestens 40 Gew.-% ausmacht und aus mindestens einem Metall gebildet ist, dessen erstes Oxid bei einer geringeren Sauerstoffaktivität (a_o) aus reinem Metall gebildet wird, als das erste Chromoxid aus Chrom, bevorzugt als das erste Titanoxid aus Titan.
Erzeugnis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallstearat ausschließlich aus einem oder mehreren der folgenden Metalle gebildet ist: Aluminium, Magnesium, Mangan.
Verwendung eines Metallstearates als Flussmittel für das Löten, indem auf Lotpartikel (12) oder ein Lothalbzeug (16) oder auf einem Trägerbauteil/Bauelement befindliche Lotdepots oder auf einem Trägerbautei/Bauelement befindliche Kontaktflächen (18) für Lötverbindungen das Metallstearat unter Ausbildung einer festen Schicht (14) aufgetragen wird.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallstearat beim Löten als einzige aktive Verbindung zum Einsatz kommt.
Verwendung eines Metallstearates als Flussmittel für das Löten, indem ein Lotmaterial aus Lotpartikeln (12) und einem Bindemittel (13) gebildet wird, wobei dem Bindemittel (13) zumindest Fettsäuren und das Metallstearat zugegeben werden und wobei das Bindemittel (13) ein Dispersionsmittel oder ein Lösungsmittel für das Metallstearat enthält.