DE102021110298A1

DE102021110298A1 - Bleifreies lotmaterial, schichtstruktur, verfahren zur herstellung eines lotmaterials und verfahren zur herstellung einer schichtstruktur

Info

Publication number: DE102021110298A1
Application number: DE102021110298.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Roth; Alexander Heinrich; Catharina Wille
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-10-27
Also published as: US20220355422A1; CN115229381A

Abstract

Es wird ein bleifreies Lotmaterial bereitgestellt. Das Lotmaterial kann Lotpartikel aufweisen, die mindestens 30 Gew.-% Nickel aufweisen, und einen Aktivator, der mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist oder daraus besteht, wobei die Gruppe eine organische Säure oder ein Salz davon und ein Amin oder ein Salz davon aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein ein bleifreies Lotmaterial, eine Schichtstruktur, ein Verfahren zum Herstellen eines Lotmaterials und ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur.
Hintergrund
Für viele Anwendungen werden Chips und Clips heute mit einer hoch bleihaltig-(Pb)-basierten Weichlotpaste gelötet. Da jedoch ein EU-weites Bleiverbot im Gange ist (siehe beispielsweise RoHS, ELV-Regeln), muss möglicherweise ein alternatives Die- und Clip-Befestigungs-System entwickelt werden, das mindestens so gut ist wie das auf Pasten mit hohem Bleigehalt basierende System.
Lotpasten sind Verbindungsmaterialien, die durch Dispergieren eines Lotpuders (beispielsweise Metallpartikel) in einem Flussmittel hergestellt werden. Lotpasten werden typischerweise beispielsweise durch Siebdruck unter Verwendung einer Schablone auf eine Leiterplatte oder durch Auftragen durch eine Spritze auf eine beliebige metallisierte Oberfläche aufgetragen, um eine geeignete kleine Menge der Paste auf jeden zu lötenden Bereich aufzubringen. und werden anschließend in einem Ofen erhitzt, um das Lot zu schmelzen und das Bonden durchzuführen.
Diese Löttechnik wird allgemein Reflow-Löten genannt.
In dem Reflow-Ofen können verschiedene Erwärmungsverfahren, beispielsweise Infraroterwärmung, Lasererwärmung, Heißlufterwärmung und Heizplattenerwärmung eingesetzt werden. Lotpasten müssen vorgegebene rheologische Eigenschaften aufweisen, die für Siebdruck oder Dispensen geeignet sind.
Zusammenfassung
Es wird ein bleifreies Lotmaterial bereitgestellt. Das Lotmaterial kann Lotpartikel aufweisen, die mindestens 30 Gew.-% Nickel und einen Aktivator aufweisen, der mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist oder daraus besteht, wobei die Gruppe eine organische Säure oder ein Salz davon und ein Amin oder ein Salz davon aufweist.
Figurenliste
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Ansichten im Allgemeinen auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird im Allgemeinen Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1A bis 1C jeweils eine schematische Darstellung eines bleifreien Lotmaterials gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
2 eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines bleifreien Lotmaterials gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt.

Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die zur Veranschaulichung spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
Das Wort „exemplarisch“ wird hier verwendet, um „als Beispiel, Instanz oder Veranschaulichung dienend“ zu bedeuten. Jede hierin als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Konstruktion ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konstruktionen aufzufassen.
Verschiedene Aspekte der Offenbarung werden für Vorrichtungen bereitgestellt, und verschiedene Aspekte der Offenbarung werden für Verfahren bereitgestellt. Es versteht sich, dass grundlegende Eigenschaften der Vorrichtungen auch für die Verfahren gelten und umgekehrt. Aus Gründen der Kürze kann daher auf eine doppelte Beschreibung solcher Eigenschaften verzichtet werden.
Das Flussmittel oder Transportmittel einer Lotpaste kann typischerweise einen Aktivator enthalten. Der Aktivator kann in der Lage sein, eine passivierte Metalloberfläche (beispielsweise die zu verbindenden Metalloberflächen und/oder Oberflächen von im Lotmaterial enthaltenen Metallpartikeln) vor und/oder während des Lötprozesses zu aktivieren. Dies kann typischerweise bedeuten, dass der Aktivator in der Lage ist, Oxidschichten von den durch das Lot zu verbindenden Oberflächen (den Verbindungsoberflächen) und/oder von dem Lotpuder zu reduzieren (und dadurch möglicherweise zu entfernen), um eine gute Verbindung zu ermöglichen.
Das Flussmittel kann ferner Bestandteile aufweisen, die eingerichtet sind, um rheologische Eigenschaften der Paste einzustellen. Hauptbestandteile herkömmlicher Flussmittel können Kolophonium und Kolophoniumderivate in einer Konzentration von 40 bis 70 Gew.-% und eine Kombination von Lösungsmitteln in einer Konzentration von 20 bis 50 Gew.-% sein, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Flussmittels.
Lotpasten mit geringen Flussmittelrückständen, sogenannte „No-Clean-Lotpasten“, wurden in der Vergangenheit entwickelt. Zum Beispiel offenbart US 5,176,759 eine bleifreie Lotpaste mit minimierten Flussmittelresten, die nach dem Löten zurückbleiben. Die Lotpaste enthält ein puderförmiges Lotmittel und ein Flussmittel als Beimischung.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Lotmaterial (beispielsweise eine Lotpaste) bereitgestellt, das Nickel in oder als Lotpartikel und einen Aktivator aufweist, der in der Lage ist, chemisch mit Nickeloxid zu reagieren, beispielsweise das Nickeloxid während des Lötprozesses zu reduzieren.
Die Lotpartikel können ferner Zinn aufweisen, beispielsweise als NiSn.
Das Lotmaterial kann in verschiedenen Ausführungsformen frei von Blei sein. Die Lotpartikel und eine Lösungsmittelzusammensetzung, in der die Lotpartikel, dispergiert sein können, können frei von Blei sein. Daher wird das Lotmaterial auch als „bleifreies Lotmaterial“ bezeichnet.
Da Nickel Bestandteil der Zusammensetzung ist, kann die Auswahl eines geeigneten Aktivators Sorgfalt erfordern, da die molare Standardbildungsenthalpie von Nickeloxid (NiO) $Δ_{ƒ} H_{m}^{0} (298.15 K)$
von -240 kJ/mol beträgt, und der Aktivator muss bei der Löttemperatur exotherm mit dem Nickeloxid reagieren können.
Ein geeigneter Aktivator kann in verschiedenen Ausführungsformen unter organischen Säuren oder Salzen davon und/oder unter Aminen oder Salzen davon gefunden werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein negativer dekadischer Logarithmus einer Säurekonstante des Aktivators in einem Bereich von 2 < pK_a < 6 liegen.
Dass pK_a für die Auswahl geeigneter Aktivatoren nützlich sein kann, kann aus dem Folgenden plausibel sein:

Eine Reaktion zwischen einem (beispielsweise sauren) Aktivator und einem Metalloxid kann wie folgt beschrieben werden:
- Eine Säuredissoziation HA + H₂O ⇌ A^- + H₃O⁺ (1) kann durch eine Säuredissoziationskonstante K₁ beschrieben werden.

Wenn der Aktivator (beispielsweise eine Flussmittelsäure) das Lotoxid (das Metalloxid MeO) auflöst, kann dies wie folgt beschrieben werden: 2 H₃O⁺ + MeO ⇌ Me²⁺ + 3 H₂O (2) Me²⁺ + 2 A^- ⇌ MeA₂ (3)
In (3) kann ein Metallsalz mit A^- gebildet werden, beispielsweise ein Metallacetat in einem Fall, in dem HA eine Essigsäure ist.
Die Säuredissoziationskonstante K₁ kann wie folgt ermittelt werden: $K_{1} = \frac{a_{H_{3} O^{+}} \cdot a_{A^{-}}}{a_{HA} \cdot a_{H_{2} O}} = \frac{a_{H_{3} O^{+}} \cdot a_{A^{-}} .}{a_{HA}} ({mit a}_{H_{z} O} = 1)$
Ein quantitatives Maß für die Begünstigung einer gegebenen Reaktion bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ist die Änderung ΔG der Gibbs-Energie, die durch die Reaktion verursacht würde.
Für die obige Säuredissoziation wird dies als ΔG_R,1 bezeichnet. $\begin{array}{l} Δ G_{R,1} = Δ G_{R,1,0} + RT \cdot In K1 \\ = Δ G_{R,1,0} + RT \cdot b \cdot log K1 \\ = Δ G_{R,1,0} - RT \cdot b \cdot pKa ({mit pK}_{a} = - {log K}_{1}) \end{array}$
${pK}_{a} = \frac{Δ G_{R,1,0} - Δ G_{R,1}}{b \cdot RT}$
Anderseits ist $Δ G_{R,1} = \sum_{i} p_{i} Δ G_{f,i}$
Kombinieren von (5) und (6): $Δ G_{f,i} \sim {pK}_{a}$
Im Folgenden werden verschiedene chemische Verbindungen aufgelistet, die in verschiedenen Ausführungsformen allein oder in Kombination geeignet sein können, um als Aktivator verwendet zu werden.
Das organische Säuresalz kann ein Aminsalz sein oder aufweisen, das Amin oder das Salz davon kann ein organisches Amin oder ein Salz davon sein oder aufweisen, beispielsweise ein Aminhydrohalogenidsalz.
Der Aktivator kann C1-C10-Monocarbonsäuren oder Dicarbonsäuren oder organische Diamine sein oder aufweisen. Die C1-C10-Monocarbonsäuren und Dicarbonsäuren können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure (Pentansäure), Capronsäure (Hexansäure), Enanthsäure (Heptansäure), Caprylsäure (Octansäure), Pelargonsäure (Nonansäure), Caprinsäure (Decansäure), Phenylessigsäure, Benzoesäure, Salicylsäure, Aminobenzoesäure, 4-n-Butylbenzoesäure, 4-t-Butylbenzoesäure, 3, 4-Dimethoxybenzoesäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Äpfelsäure, Adipinsäure und Malonsäure. Die organischen Diamine können aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diaminen besteht. Die N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diamine können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus N,N,N',N'-Tetramethyl-1,2-ethylendiamin, N,N,N',N'-Tetraethyl-1,2-Ethylendiamin, N,N,N',N'--Tetrapropyl-1,2-ethylendiamin, N-Kokos-1,3-diaminopropan, 1,6-Diaminohexan, 1,7-Diaminoheptan, 1, 8-Diaminooctan, 1,9-Diaminononan und 1,10-Diaminodecan.
Der Aktivator kann ferner mindestens ein Amin aufweisen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Isopropanolamin besteht.
Der Aktivator kann ein metallorganisches Salz aufweisen, das optional Nickel oder Zinn enthalten kann. Das metallorganische Salz kann ein Metallsalz einer organischen Säure einer C1-C10-Monocarbonsäure oder Dicarbonsäure sein.
Das Lotmaterial, insbesondere der Aktivator, kann dazu verwendet werden, die Kontaktpartner und allgemeiner alle Oberflächen der zu bildenden Verbindung zu reduzieren, um sie dadurch von Oxiden zu befreien. Der Großteil der zu reduzierenden Oberflächen stammt jedoch möglicherweise nicht von den Kontaktpartnern, sondern von dem hochschmelzenden Anteil der Lotpartikel.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Aktivator (entweder der gesamte Aktivator oder nur ein Teil des Aktivators) in dem Lotmaterial als Beschichtung auf den Lotpartikeln bereitgestellt sein. Indem das Aktivierungsmittel direkt auf den Lotpartikeln angeordnet ist, können die Anforderungen an das Flussmittel weniger eingeschränkt sein, beispielsweise eine Menge an Kolophonium, das in dem Flussmittel enthalten ist.
Mit anderen Worten, ein hochschmelzender Anteil der Lotpartikel kann in verschiedenen Ausführungsformen mit einem während des Lötens aktivierenden Mittel (dem Aktivator) vorbehandelt werden.
1A, 1B und 1D veranschaulichen jeweils eine Ausführungsform eines Lotmaterials 100, bei dem der Aktivator 104 auf den Lotpartikeln 106 angeordnet ist (in 1B und 1D ist jeweils nur ein Partikel 106 veranschaulicht, aber typischerweise kann das Lotmaterial 100 eine Vielzahl von Lotpartikeln 106 aufweisen).
In verschiedenen Ausführungsformen können alle Lotpartikel 106 ungefähr die gleiche Größe haben. In verschiedenen Ausführungsformen können die Lotpartikel 106 unterschiedliche Größen aufweisen, beispielsweise in zwei oder mehr Lotpartikelgrößengruppen.
Die Lotpartikel 106 können in verschiedenen Ausführungsformen alle das gleiche Material aufweisen oder daraus gebildet sein. In verschiedenen Ausführungsformen können ein Material oder Materialien, die die Lotpartikel aufweisen oder aus denen sie gebildet sind, unterschiedlich sein. Die Materialien können sich in Verbindung mit der Größe der Lotpartikel 106 und/oder unabhängig von der Lotpartikelgröße unterscheiden. Beispielsweise kann eine erste Gruppe von Lotpartikeln 106 ein erstes Material aufweisen oder daraus gebildet sein, und eine zweite Gruppe von Lotpartikeln 106 kann ein zweites Material aufweisen oder daraus gebildet sein, und zumindest einige Lotpartikel 106 der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe können in den Ausführungsformen, in denen der Aktivator 104 auf den Lotpartikeln 106 bereitgestellt ist, mit dem Aktivator 104 bereitgestellt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Gruppe von Lotpartikeln 106 eine erste Partikelgröße aufweisen und die zweite Gruppe von Lotpartikel 106 kann eine zweite Partikelgröße aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die erste Gruppe von Lotpartikeln 106 zwei oder mehr Größen aufweisen und/oder die zweite Gruppe von Lotpartikeln 106 kann zwei oder mehr Größen aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass abhängig von einem Bildungs- und/oder Auswahlprozess der Lotpartikel 106, die eine vorgegebene Größe haben sollen, die „Partikelgröße“ eigentlich eine Größenverteilung oder ein Bereich von Größen ist.
Das Bereitstellen des Aktivators auf den Lotpartikeln kann mehrere Vorteile bewirken: Eine Menge an Oxid, die sich während der Herstellung von Lot auf den Metallpartikeln bilden kann, kann verringert werden. Zumindest ein Teil des Oxids kann durch den Aktivator ersetzt werden, beispielsweise durch Formiat.
Die Partikel können vor weiterer Oxidation geschützt werden, indem die Aktivatorschicht (beispielsweise die Formiatschicht) darauf gebildet wird, was eine weitere Oxidation während der Lagerung verhindern kann.
Das Einschließen des Aktivators als Teil der Lotpartikel kann es einfacher machen, das Lotmaterial als (zum Beispiel kompaktiertes) Lotpuder bereitzustellen.
Eine Menge des Aktivators, der die Schicht auf den Lotpartikeln bildet, kann eingerichtet sein, um zusätzliches Reduktionsmittel von den Partikeln bereitzustellen, beispielsweise während des Lötprozesses. Dies bedeutet, dass eine Aktivatormenge, die möglicherweise in das Lotmaterial als Teil der Lösungsmittelzusammensetzung eingeschlossen werden muss, reduziert werden kann. Dies bedeutet, dass der Bedarf an (und folglich die Menge an) Kolophonium im Flussmittel, das auch als Aktivator dienen kann, reduziert werden kann.
Der Aktivator kann für eine optimale Wirkung in verschiedenen Ausführungsformen so angeordnet sein, dass er eine Schicht bildet (beispielsweise eine gesonderte Schicht, die sich von der Lösungsmittelzusammensetzung unterscheidet), die jedes der Partikel vollständig umhüllt. Jedoch kann sogar eine teilweise Bedeckung jedes der Partikel oder eine vollständige oder teilweise Bedeckung nur eines Anteils der Partikel die obigen Vorteile bis zu einem gewissen Grad bewirken.
In verschiedenen Ausführungsformen können alle Lotpartikel mit dem gleichen Aktivator versehen sein. In anderen Ausführungsformen können unterschiedliche Typen von Aktivatoren auf unterschiedlichen Lotpartikeln bereitgestellt werden. Mit anderen Worten kann eine erste Gruppe von Partikeln mit mindestens einem ersten Aktivator bereitgestellt werden, eine zweite Gruppe von Partikeln kann mit mindestens einem zweiten Aktivator bereitgestellt werden usw.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das bleifreie Lotmaterial ferner eine Lösungsmittelzusammensetzung aufweisen, in der die Lotpartikel dispergiert sein können. Ein Gewichtsverhältnis von Lotpartikeln zu einer Summe aus der Lösungsmittelzusammensetzung und den Lotpartikeln kann in verschiedenen Ausführungsformen mindestens 80 % betragen.
1B bis 1D veranschaulichen jeweils verschiedene Ausführungsformen, in denen das Lotmaterial 100 eine Lösungsmittelzusammensetzung 102 aufweist. Die Lotpartikel 106 sind in der Lösungsmittelzusammensetzung 102 dispergiert. In dem Lotmaterial 100 der 1B ist der gesamte oder im Wesentlichen der gesamte Aktivator 104 auf den Lotpartikeln 106 angeordnet. In 1C ist der gesamte oder im Wesentlichen der gesamte Aktivator 104 in der Lösungsmittelzusammensetzung 102 angeordnet (zum Beispiel als Teil der Flüssigkeit, im Gegensatz zu einer auf den Lotpartikeln 106 gebildeten Schicht). In 1D ist der Aktivator 104 auf den Lotpartikeln 106 und in der Lösungsmittelzusammensetzung 102 bereitgestellt.
Die Lösungsmittelzusammensetzung kann mindestens ein Lösungsmittel enthalten.
Wie oben beschrieben, kann die Lösungsmittelzusammensetzung in verschiedenen Ausführungsformen mindestens einen Teil des Aktivators enthalten. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem die Lösungsmittelzusammensetzung Aktivator aufweist, kann die Lösungsmittelzusammensetzung den gesamten Aktivator des Lotmaterials aufweisen, oder die Lösungsmittelzusammensetzung kann nur einen Teil des Aktivators aufweisen, wobei der Rest des Aktivators beispielsweise auf den Lotpartikeln abgeschieden ist. In dem Fall, dass der Aktivator in der Lösungsmittelzusammensetzung und in oder auf den Lotpartikeln enthalten ist, können die Lösungsmittelzusammensetzung und die Lotpartikel in verschiedenen Ausführungsformen den gleichen Aktivator oder die gleichen Aktivatoren aufweisen, beispielsweise ausgewählt aus den oben beschriebenen Aktivatoren. In verschiedenen Ausführungsformen können die Lösungsmittelzusammensetzung und die Lotpartikel unterschiedliche Aktivatoren aufweisen, beispielsweise ausgewählt aus den oben beschriebenen Aktivatoren. In verschiedenen Ausführungsformen können die Lösungsmittelzusammensetzung und die Lotpartikel mindestens eine Art von Aktivator gemeinsam haben, beispielsweise ausgewählt aus den oben beschriebenen Aktivatoren, und entweder die Lösungsmittelzusammensetzung oder die Lotpartikel oder beide können ferner einen oder mehr zusätzliche Aktivatoren aufweisen, beispielsweise ausgewählt aus den oben beschriebenen Aktivatoren, die möglicherweise nicht in den anderen (d.h. der Lösungsmittelzusammensetzung oder den Lotpartikeln) enthalten sind.
Die Lösungsmittelzusammensetzung kann in verschiedenen Ausführungsformen Bestandteile aufweisen, die eingerichtet sind, um rheologische Eigenschaften der Paste einzustellen, beispielsweise eine Viskosität und/oder einen Strukturviskositätsindex der Lotpaste. Die Lotpaste kann in verschiedenen Ausführungsformen mit einer Viskosität in einem Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 150 Pa s eingerichtet sein, ermittelt durch ein Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur in einem Bereich von ungefähr 10°C und ungefähr 90°C, und/oder wobei ein Strukturviskositätsindex der Lotpaste zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,5 liegt. Die Messtemperatur (für die Viskosität und den Strukturviskositätsindex) kann auf eine Temperatur bei oder nahe einer Dispersionstemperatur eingestellt werden, die zum Auftragen (beispielsweise Dispergieren) der Lotpaste verwendet werden soll. In gegenwärtigen modernen Dispersionssystemen kann die Temperatur ungefähr in dem oben erwähnten Temperaturbereich ausgewählt werden, beispielsweise zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 90°C.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel mindestens eines aus einer Gruppe aufweisen, die Glykoletheralkohol, 2-Alkyl-1,3-hexandiol, Trimethylpropan, 1,2-Octandiol, 1,8-Octandiol, 2,5-Dimethyl-2,5-Hexandiol, Isobornylcyclohexanol, Mono-, Di- oder Tripropylenglykolmethylether, Mono-, Di- oder Tripropylenglykol-n-butylether, Mono-, Di- oder Triethylenglykol n- Butylether, Ethylenglycolmethylether, Triethylenglycolmethylether, Diethylenglycoldibutylether, Tetraethylenglycoldimethylether, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, n-Decylalkohol, 2- Methyl-2,4-pentandiol, Terpineol oder alpha-Terpinol, Isopropanol und Hexylenglykol aufweist.
Die Lösungsmittelzusammensetzung kann in verschiedenen Ausführungsformen ferner mindestens ein Kolophonium aufweisen, beispielsweise Tallöl-Kolophonium, hydriertes Kolophonium, teilweise hydriertes Kolophonium, dehydriertes Kolophonium, ethoxyliertes Amin-Kolophonium, Amin-Kolophonium, Methylester von Kolophonium, n-Oleylsarcosin und/oder Oleyl Imidazolin.
Das Kolophonium kann in verschiedenen Ausführungsformen zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bilden.
Die Lösungsmittelzusammensetzung kann in verschiedenen Ausführungsformen ferner mindestens ein Thixotropiermittel aufweisen, beispielsweise Glyceryltris-12-hydroxystearat, modifiziertes Glyceryltris-12-hydroxystearat, Polyamid, Stearamid und/oder hydriertes Rizinusöl.
Das Thixotropiermittel kann in verschiedenen Ausführungsformen zwischen 55 Gew.-% und 75 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bilden.
Die Löttemperatur, für die das Lotmaterial ausgelegt sein kann, kann in verschiedenen Ausführungsformen zwischen ungefähr 200°C und ungefähr 450°C liegen. Bei der Löttemperatur können zumindest einige der Lotpartikel schmelzen, beispielsweise alle Lotpartikel oder beispielsweise zwischen 20 Gew.-% und 100 Gew.-% der Lotpartikel.
Vor und/oder während des Schmelzens der Lotpartikel kann der Aktivator Oxide reduzieren, die auf den Lotpartikeln (und/oder anderswo im Lotmaterial) und/oder auf den durch den Lötprozess zu verbindenden Oberflächen vorhanden sein können.
In verschiedenen Ausführungsformen können 99 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung eine Verdampfungstemperatur unterhalb einer Löttemperatur aufweisen, für die das bleifreie Lotmaterial ausgelegt ist. Mit anderen Worten, ungefähr 99 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung können während des Lötprozesses verdampfen. Somit kann im Wesentlichen nur das von den Lotpartikeln bereitgestellte Material verbleiben, um die Verbindung zwischen den verbundenen Oberflächen zu bilden, und die Lösungsmittelzusammensetzung kann im Wesentlichen keinen Rückstand hinterlassen. Mit anderen Worten kann die Lotpaste als „No-Clean-Lotpaste“ eingerichtet sein.
Wie oben beschrieben, kann das Lotmaterial zum Verbinden von mindestens zwei Oberflächen verwendet werden.
Somit kann in verschiedenen Ausführungsformen eine Schichtstruktur unter Verwendung des Lotmaterials gebildet werden. 2 veranschaulicht verschiedene Ausführungsformen einer solchen Schichtstruktur 200.
Die Schichtstruktur 200 kann eine erste Metallschicht 220, eine zweite Metallschicht 222 und eine Lotschicht 226 aufweisen, die durch Löten der ersten Metallschicht 220 an die zweite Metallschicht 222 unter Verwendung des bleifreien Lotmaterials 100 wie oben beschrieben gebildet wird.
Der Lötprozess kann das Erhitzen (unter Verwendung einer Wärmequelle 226) zumindest des Lotmaterials 100 auf eine vordefinierte Löttemperatur aufweisen. Typischerweise kann auch mindestens eine der ersten Metallschicht 220 und der zweiten Metallschicht 222 erhitzt werden.
Wie oben beschrieben, kann die Löttemperatur, die unter Verwendung der Wärmequelle 226 erreicht werden kann, in einem Bereich von ungefähr 200 °C bis ungefähr 450 °C liegen. Eine für den Lötprozess zu erreichende vordefinierte Temperatur kann in verschiedenen Ausführungsformen in diesem Bereich liegen.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm 300 eines Verfahrens zum Herstellen eines bleifreien Lotmaterials gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren kann das Bereitstellen von Lotpartikeln aufweisen, die mindestens 30 Gew.-% Nickel (in 310) aufweisen, und das Kombinieren der Lotpartikel mit einem Aktivator, der mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist oder daraus besteht, wobei die Gruppe eine organische Säure oder ein organisches Salz davon und ein Amin oder ein Salz davon aufweist (in 320).
Wie oben beschrieben, kann das Kombinieren zum Beispiel das Abscheiden des Aktivators auf den Lotpartikeln und/oder das Bereitstellen des Aktivators als Teil einer Lösungsmittelzusammensetzung, in der die Lotpartikel dispergiert sein können, aufweisen.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm 400 eines Verfahrens zum Herstellen einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren kann das Anordnen einer Schicht aus einem Lotmaterial gemäß verschiedenen Ausführungsformen zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht (in 410) und das Erhitzen zumindest des Lotmaterials auf eine Schmelztemperatur des Lotmaterials (in 420) aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Anordnen der Schicht des Lotmaterials beispielsweise das Drucken, das Anordnen einer Paste unter Verwendung einer Maske und eines Rakels, das Positionieren einer festen Schicht oder eines Tabletts und dergleichen aufweisen, wie es beispielsweise in der Technik bekannt ist.
Das Erhitzen kann in verschiedenen Ausführungsformen im Wesentlichen wie in der Technik bekannt durchgeführt werden, beispielsweise bei Löttemperaturen wie oben beschrieben.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele veranschaulicht:
Beispiel 1 ist ein bleifreies Lotmaterial, das Lotpartikel aufweist, die mindestens 30 Gew.-% Nickel und einen Aktivator aufweisen, der mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist oder daraus besteht, wobei die Gruppe eine organische Säure oder ein Salz davon und ein Amin oder ein Salz davon aufweist.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 optional aufweisen, dass das Salz einer organischen Säure ein Aminsalz ist.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 1 oder 2 optional aufweisen, dass das Amin oder das Salz davon ein organisches Amin oder ein Salz davon ist.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand von Beispiel 3 optional aufweisen, dass das organische Aminsalz ein Aminhydrohalogenidsalz ist.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 4 optional aufweisen, dass der negative dekadische Logarithmus einer Säurekonstante des Aktivators in einem Bereich von 2 < pK_a < 6 liegt.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand von Beispiel 1 oder 2 optional aufweisen, dass der Aktivator mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist, wobei die Gruppe Folgendes aufweist: C1-C10-Monocarbonsäuren und Dicarbonsäuren und organische Diamine.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand von Beispiel 6 optional aufweisen, dass die C1-C10-Monocarbonsäuren und Dicarbonsäuren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure (Pentansäure), Capronsäure (Hexansäure), Enanthsäure (Heptansäure), Caprylsäure (Octansäure), Pelargonsäure (Nonansäure), Caprinsäure (Decansäure), Phenylessigsäure, Benzoesäure, Salicylsäure, Aminobenzoesäure, 4- n-Butylbenzoesäure, 4-t-Butylbenzoesäure, 3,4-Dimethoxybenzoesäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Äpfelsäure, Adipinsäure und Malonsäure.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand von Beispiel 6 optional aufweisen, dass die organischen Diamine ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diaminen.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand von Beispiel 8 optional aufweisen, dass die N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diamine ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N,N,N',N'-Tetramethyl-1,2-ethylendiamin, N,N,N',N'-Tetraethyl-1,2-ethylendiamin, N,N,N',N'--Tetrapropyl-1,2-ethylendiamin, N-Coco-1,3-diaminopropan, 1,6-Diaminohexan, 1,7-Diaminoheptan, 1,8-Diaminooctan, 1,9-Diaminononan und 1,10-Diaminodecan.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand von Beispiel 9 optional aufweisen, dass der Aktivator ferner mindestens ein Amin aufweist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Isopropanolamin aufweist.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 10 optional aufweisen, dass der Aktivator als eine Schicht auf den Lotpartikeln gebildet wird.
In Beispiel 12 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 11 optional aufweisen, dass der Aktivator als eine Schicht auf jedem der Lotpartikel ausgebildet ist.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand von Beispiel 12 optional aufweisen, dass die Aktivatorschicht jeden der Lotpartikel vollständig umhüllt.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand von Beispiel 12 oder 13 optional aufweisen, dass der Aktivator ein metallorganisches Salz aufweist.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 14 optional aufweisen, dass das metallorganische Salz Nickel oder Zinn aufweist.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand von Beispiel 14 oder 15 optional aufweisen, dass das metallorganische Salz ein Metallsalz einer organischen Säure einer C1-C10-Monocarbonsäure oder Dicarbonsäure ist.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 16 optional ferner eine Lösungsmittelzusammensetzung aufweisen, in der die Lotpartikel dispergiert sind, wobei die Lösungsmittelzusammensetzung mindestens ein Lösungsmittel aufweist.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand von Beispiel 17 optional aufweisen, dass die Lösungsmittelzusammensetzung mindestens einen Bestandteil des Aktivators aufweist.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand von Beispiel 17 oder 18 optional aufweisen, dass das Lösungsmittel mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Glykoletheralkohol, 2-Alkyl-1,3-hexandiol, Trimethylpropan, 1,2-Octandiol, 1,8-Octandiol, 2,5-Dimethyl-2,5-hexandiol, Isobornylcyclohexanol, Mono-, Di- oder Tripropylenglycolmethylether, Mono-, Di- oder Tripropylenglycol-n-butylether, Mono-, Di- oder Triethylenglycol-n-butylether, Ethylenglycolmethylether, Triethylenglycolmethylether, Diethylenglycoldibutylether, Tetraethylenglycoldimethylether, 2-Ethyl-1,3-Hexandiol, n-Decylalkohol, 2-Methyl-2,4-pentandiol, Terpineol oder alpha-Terpinol, Isopropanol und Hexylenglycol aufweist.
In Beispiel 20 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 17 bis 19 optional aufweisen, dass die Lösungsmittelzusammensetzung ferner mindestens ein Kolophonium aufweist.
In Beispiel 21 kann der Gegenstand von Beispiel 20 optional aufweisen, dass das Kolophonium mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Tallölkolophonium, hydriertes Kolophonium, teilweise hydriertes Kolophonium, dehydriertes Kolophonium, ethoxyliertes Aminkolophonium, Aminkolophonium, Methylester von Kolophonium, n-Oleylsarcosin und Oleylimidazolin aufweist.
In Beispiel 22 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 17 bis 21 optional aufweisen, dass die Lösungsmittelzusammensetzung ferner mindestens ein Thixotropiermittel aufweist.
In Beispiel 23 kann der Gegenstand von Beispiel 22 optional aufweisen, dass das Thixotropiermittel mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Glyceryltris-12-hydroxystearat, modifiziertes Glyceryltris-12-hydroxystearat, Polyamid, Stearamid und hydriertes Rizinusöl aufweist.
In Beispiel 24 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 20 bis 23 optional aufweisen, dass das Kolophonium zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bildet.
In Beispiel 25 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 22 bis 24 optional aufweisen, dass das Thixotropiermittel zwischen 55 Gew.-% und 75 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bildet.
In Beispiel 26 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 17 bis 25 optional aufweisen, dass ein Gewichtsverhältnis von Lotpartikeln zu einer Summe aus der Lösungsmittelzusammensetzung und den Lotpartikeln mindestens 80 % beträgt.
In Beispiel 27 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 26 optional aufweisen, dass die Lotpartikel ferner Zinn aufweisen.
In Beispiel 28 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 27 optional als Lotpaste mit einer Viskosität in einem Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 150 Pa s eingerichtet sein, wie durch ein Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur zwischen 10°C und 90°C ermittelt wird.
In Beispiel 29 kann der Gegenstand von Beispiel 28 optional aufweisen, dass ein Strukturviskositätsindex der Lotpaste zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,5 liegt, ermittelt durch ein Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur zwischen 10°C und 90°C.
In Beispiel 30 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 29 optional für eine Löttemperatur zwischen ungefähr 200°C und ungefähr 450°C eingerichtet sein.
In Beispiel 31 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 30 optional aufweisen, dass 99 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung eine Verdampfungstemperatur unterhalb einer Löttemperatur aufweisen, für die das bleifreie Lotmaterial eingerichtet ist.
Beispiel 32 ist eine Schichtstruktur, die eine erste Metallschicht, eine zweite Metallschicht und eine Lotschicht, die durch Löten der ersten Metallschicht an die zweite Metallschicht unter Verwendung des bleifreien Lotmaterials nach einem der Beispiele 1 bis 31 gebildet wurde, aufweist.
Beispiel 33 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Lotmaterials. Das Verfahren kann das Kombinieren von Lotpartikeln, die mindestens 30 Gew.-% Nickel aufweisen, mit einem Aktivator, der mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist oder daraus besteht, aufweisen, wobei die Gruppe eine organische Säure oder ein Salz davon; und ein Amin oder ein Salz davon, aufweist.
In Beispiel 34 kann der Gegenstand von Beispiel 33 optional aufweisen, dass das Kombinieren das Bilden einer Schicht des Aktivators auf jedem der Lotpartikel aufweist.
In Beispiel 35 kann der Gegenstand von Beispiel 33 oder 34 optional aufweisen, dass das Salz einer organischen Säure ein Aminsalz ist.
In Beispiel 36 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 33 bis 35 optional aufweisen, dass das Amin oder das Salz davon ein organisches Amin oder ein Salz davon ist.
In Beispiel 37 kann der Gegenstand von Beispiel 36 optional aufweisen, dass das organische Aminsalz ein Aminhydrohalogenidsalz ist.
In Beispiel 38 kann der Gegenstand eines der Beispiele 33 bis 37 optional aufweisen, dass der negative dekadische Logarithmus einer Säurekonstante des Aktivators in einem Bereich von 2 < pK_a < 6 liegt.
Im Beispiel 39 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 33 bis 35 optional aufweisen, dass der Aktivator mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist, wobei die Gruppe Folgendes aufweist: C1-C10-Monocarbonsäuren und Dicarbonsäuren und organische Diamine.
In Beispiel 40 kann der Gegenstand von Beispiel 39 optional aufweisen, dass die C1-C10-Monocarbonsäuren und Dicarbonsäuren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure (Pentansäure), Capronsäure (Hexansäure), Enanthsäure (Heptansäure), Caprylsäure (Octansäure), Pelargonsäure (Nonansäure), Caprinsäure (Decansäure), Phenylessigsäure, Benzoesäure, Salicylsäure, Aminobenzoesäure, 4- n-Butylbenzoesäure, 4-t-Butylbenzoesäure, 3,4-Dimethoxybenzoesäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Äpfelsäure, Adipinsäure und Malonsäure.
In Beispiel 41 kann der Gegenstand von Beispiel 39 optional aufweisen, dass die organischen Diamine ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diaminen.
In Beispiel 42 kann der Gegenstand von Beispiel 41 optional aufweisen, dass die N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diamine aus der Gruppe ausgewählt sind, die N,N,N',N'-Tetramethyl-1,2-ethylendiamin, N,N,N',N'-Tetraethyl-1,2-ethylendiamin, N,N,N',N'--Tetrapropyl-1,2-ethylendiamin, N-Coco-1,3-diaminopropan, 1,6-Diaminohexan, 1,7-Diaminoheptan, 1,8-Diaminooctan, 1,9-Diaminononan und 1,10-Diaminodecan aufweist.
In Beispiel 43 kann der Gegenstand von Beispiel 42 optional aufweisen, dass der Aktivator ferner mindestens ein Amin aufweist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Isopropanolamin besteht.
In Beispiel 44 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 33 bis 43 optional aufweisen, dass der Aktivator als eine Schicht ausgebildet ist, die jeden der Lotpartikel vollständig umhüllt.
In Beispiel 45 kann der Gegenstand von Beispiel 44 optional aufweisen, dass der Aktivator ein metallorganisches Salz aufweist.
In Beispiel 46 kann der Gegenstand von Beispiel 45 optional aufweisen, dass das metallorganische Salz Nickel oder Zinn aufweist.
In Beispiel 47 kann der Gegenstand von Beispiel 45 oder 46 optional aufweisen, dass das metallorganische Salz ein Metallsalz einer organischen Säure einer C1-C10-Monocarbonsäure oder Dicarbonsäure ist.
In Beispiel 48 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 33 bis 47 optional ferner eine Lösungsmittelzusammensetzung aufweisen, in der die Lotpartikel dispergiert sind, wobei die Lösungsmittelzusammensetzung mindestens ein Lösungsmittel aufweist.
In Beispiel 49 kann der Gegenstand von Beispiel 48 optional aufweisen, dass die Lösungsmittelzusammensetzung mindestens einen Teil des Aktivators aufweist.
In Beispiel 50 kann der Gegenstand von Beispiel 48 oder 49 optional aufweisen, dass das Lösungsmittel mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Glykoletheralkohol, 2-Alkyl-1,3-hexandiol, Trimethylpropan, 1,2-Octandiol, 1,8-Octandiol, 2,5-Dimethyl-2,5-hexandiol, Isobornylcyclohexanol, Mono-, Di- oder Tripropylenglycolmethylether, Mono-, Di- oder Tripropylenglycol-n-butylether, Mono - , Di- oder Triethylenglycol-n-butylether, Ethylenglycolmethylether, Triethylenglycolmethylether, Diethylenglycoldibutylether, Tetraethylenglycoldimethylether, 2-Ethyl-1,3-Hexandiol, n-Decylalkohol, 2-Methyl-2,4-pentandiol, Terpineol oder alpha-Terpinol, Isopropanol und Hexylenglycol aufweist.
In Beispiel 51 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 48 bis 50 optional aufweisen, dass die Lösungsmittelzusammensetzung ferner mindestens ein Kolophonium aufweist.
In Beispiel 52 kann der Gegenstand von Beispiel 51 optional aufweisen, dass das Kolophonium mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Tallölkolophonium, hydriertes Kolophonium, teilweise hydriertes Kolophonium, dehydriertes Kolophonium, ethoxyliertes Aminkolophonium, Aminkolophonium, Methylester von Kolophonium, n-Oleylsarcosin und Oleylimidazolin aufweist.
In Beispiel 53 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 48 bis 52 optional aufweisen, dass die Lösungsmittelzusammensetzung ferner mindestens ein Thixotropiermittel aufweist.
In Beispiel 54 kann der Gegenstand von Beispiel 53 optional aufweisen, dass das Thixotropiermittel mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Glyceryltris-12-hydroxystearat, modifiziertes Glyceryltris-12-hydroxystearat, Polyamid, Stearamid und hydriertes Rizinusöl aufweist.
In Beispiel 55 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 51 bis 54 optional aufweisen, dass das Kolophonium zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bildet.
In Beispiel 56 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 53 bis 55 optional aufweisen, dass das Thixotropiermittel zwischen 55 Gew.-% und 75 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bildet.
In Beispiel 57 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 48 bis 56 optional aufweisen, dass ein Gewichtsverhältnis von Lotpartikeln zu einer Summe aus der Lösungsmittelzusammensetzung und den Lotpartikeln mindestens 80 % beträgt.
In Beispiel 58 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 33 bis 57 optional aufweisen, dass die Lotpartikel ferner Zinn aufweisen.
In Beispiel 59 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 33 bis 58 optional als Lotpaste mit einer Viskosität in einem Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 150 Pa s eingerichtet sein, wie durch ein Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur in einem Bereich von ungefähr 10°C bis ungefähr 90°C ermittelt wurde.
In Beispiel 60 kann der Gegenstand von Beispiel 59 optional aufweisen, dass ein Strukturviskositätsindex der Lotpaste zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,5 liegt, wie durch ein Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur zwischen 10°C und 90°C ermittelt wurde.
In Beispiel 61 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 33 bis 60 optional für eine Löttemperatur zwischen ungefähr 200°C und ungefähr 450°C eingerichtet sein.
In Beispiel 62 kann der Gegenstand eines der Beispiele 33 bis 61 optional aufweisen, dass 99 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung eine Verdampfungstemperatur unterhalb einer Löttemperatur aufweisen, für die das bleifreie Lotmaterial eingerichtet ist.
Beispiel 63 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur. Das Verfahren kann das Anordnen einer Schicht aus einem Lotmaterial gemäß einem der Beispiele 1 bis 31 zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht und das Erhitzen zumindest des Lotmaterials auf eine Schmelztemperatur des Lotmaterials aufweisen.
Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es für den Fachmann verständlich sein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist. Der Umfang der Erfindung wird somit durch die beigefügten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen daher umfasst sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5176759 [0013]

Claims

Bleifreies Lotmaterial, aufweisend: Lotpartikel, die mindestens 30 Gew.-% Nickel umfassen; und einen Aktivator, der mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist oder daraus besteht, wobei die Gruppe Folgendes aufweist: • eine organische Säure oder ein Salz davon; • ein Amin oder ein Salz davon.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 1, wobei das Salz einer organischen Säure ein Aminsalz ist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Amin oder das Salz davon ein organisches Amin oder ein Salz davon ist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 3, wobei das organische Aminsalz ein Aminhydrohalogenidsalz ist.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der negative dekadische Logarithmus einer Säurekonstante des Aktivators in einem Bereich von 2 < pK_a < 6 liegt.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aktivator mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist, wobei die Gruppe aufweist: C1-C10-Monocarbonsäuren und Dicarbonsäuren und organische Diamine.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 6, wobei die C1-C10-Monocarbonsäuren und Dicarbonsäuren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: • Ameisensäure, • Essigsäure, • Propionsäure, • Buttersäure, • Valeriansäure (Pentansäure), • Capronsäure (Hexansäure), • Enanthsäure (Heptansäure) • Caprylsäure (Octansäure) • Pelargonsäure (Nonansäure) • Caprinsäure (Decansäure), • Phenylessigsäure, • Benzoesäure, • Salicylsäure, • Aminobenzoesäure, • 4-n-Butylbenzoesäure, • 4-t-Butylbenzoesäure, • 3,4-Dimethoxybenzoesäure, • Oxalsäure, • Bernsteinsäure, • Glutarsäure • Maleinsäure, • Fumarsäure, • Äpfelsäure, • Adipinsäure und • Malonsäure.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 6, wobei die organischen Diamine ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diaminen.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 8, wobei die N-Alkyl-substituierten und unsubstituierten organischen Diamine ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: • N,N,N',N'-Tetramethyl-1,2-ethylendiamin, • N,N,N',N'-Tetraethyl-1,2-ethylendiamin, • N,N,N',N'-Tetrapropyl-1,2-ethylendiamin, • N-Kokos-1,3-diaminopropan, • 1,6-Diaminohexan, • 1,7-Diaminoheptan, • 1,8-Diaminooctan, • 1,9-Diaminononan, und • 1,10-Diaminodecan.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 9, wobei der Aktivator ferner mindestens ein Amin aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus • Monoethanolamin, • Diethanolamin, • Triethanolamin, und • Isopropanolamin.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Aktivator als Schicht auf Lotpartikeln ausgebildet ist.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Aktivator als Schicht auf jedem der Lotpartikel ausgebildet ist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 12, wobei die Aktivatorschicht jeden der Lotpartikel vollständig umhüllt.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Aktivator ein metallorganisches Salz aufweist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 14, wobei das metallorganische Salz Nickel oder Zinn aufweist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 14 oder 15, wobei das metallorganische Salz ein organisches Säuremetallsalz einer C1-C10-Monocarbonsäure oder Dicarbonsäure ist.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner aufweisend: eine Lösungsmittelzusammensetzung, in der die Lotpartikel dispergiert sind, wobei die Lösungsmittelzusammensetzung mindestens ein Lösungsmittel aufweist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 17, wobei die Lösungsmittelzusammensetzung mindestens einen Teil des Aktivators aufweist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Lösungsmittel mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Folgendes aufweist: • Glykoletheralkohol, • 2-Alkyl-1,3-hexandiol, • Trimethylpropan, • 1,2-Octandiol, • 1,8-Octandiol, • 2,5-Dimethyl-2,5-hexandiol, • Isobornylcyclohexanol, • Mono-, Di- oder Tripropylenglycolmethylether, • Mono-, Di- oder Tripropylenglycol-n-butylether, • Mono-, Di- oder Triethylenglycol-n-butylether, • Ethylenglykolmethylether, • Triethylenglycolmethylether, • Diethylenglycoldibutylether, • Tetraethylenglycoldimethylether, • 2-Ethyl-1,3-hexandiol, • n-Decylalkohol, • 2-Methyl-2,4-pentandiol, • Terpineol oder Alpha-Terpinol, • Isopropanol, und • Hexylenglykol.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Lösungsmittelzusammensetzung ferner mindestens ein Kolophonium aufweist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 20, wobei das Kolophonium mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Folgendes aufweist: • Tallölkolophonium, • hydriertes Kolophonium, • teilweise hydriertes Kolophonium, • dehydriertes Kolophonium, • ethoxyliertes Aminkolophonium, • Amin Kolophonium, • Methylester von Kolophonium, • n-Oleylsarcosin und • Oleylimidazolin.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Lösungsmittelzusammensetzung ferner mindestens ein Thixotropiermittel aufweist.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 22, wobei das Thixotropiermittel mindestens eines aus einer Gruppe aufweist, die Folgendes aufweist: • Glyceryltris-12-hydroxystearat, • modifiziertes Glyceryltris-12-hydroxystearat, • Polyamid, • Stearamid und • hydriertes Rizinusöl.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei das Kolophonium zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bildet.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das Thixotropiermittel zwischen 55 Gew.-% und 75 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung bildet.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei ein Gewichtsverhältnis von Lotpartikeln zu einer Summe aus der Lösungsmittelzusammensetzung und den Lotpartikeln mindestens 80 % beträgt.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Lotpartikel ferner Zinn aufweisen.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 27, eingerichtet als Lotpaste mit einer Viskosität in einem Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 150 Pa s, ermittelt mit einem Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur zwischen 10°C und 90°C.
Bleifreies Lotmaterial nach Anspruch 28, wobei ein Strukturviskositätsindex der Lotpaste, ermittelt durch ein Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur zwischen 10°C und 90°C, zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,5 liegt.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 29, eingerichtet für eine Löttemperatur zwischen ungefähr 200°C und ungefähr 450°C.
Bleifreies Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei 99 Gew.-% der Lösungsmittelzusammensetzung eine Verdampfungstemperatur unterhalb einer Löttemperatur aufweisen, für die das bleifreie Lotmaterial ausgelegt ist.
Schichtstruktur, aufweisend: eine erste Metallschicht; eine zweite Metallschicht; und eine Lötschicht, gebildet durch Löten der ersten Metallschicht an die zweite Metallschicht unter Verwendung des bleifreien Lotmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 31.
Verfahren zum Herstellen eines Lotmaterials, aufweisend: Kombinieren von Lotpartikeln, die mindestens 30 Gew.-% Nickel aufweisen, mit einem Aktivator, der mindestens eines aus einer Gruppe von Aktivator-Materialien aufweist oder daraus besteht, wobei die Gruppe Folgendes aufweist: • eine organische Säure oder ein Salz davon; • ein Amin oder ein Salz davon.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Kombinieren das Bilden einer Schicht des Aktivators auf jedem der Lotpartikel aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen einer Schicht aus einem Lotmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 31 zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht; und Erhitzen zumindest des Lotmaterials auf eine Schmelztemperatur des Lotmaterials.