DE60210553T2

DE60210553T2 - Flussmittelfreies Löten mit Wasserstoff mittels Zugabe von Elektronen

Info

Publication number: DE60210553T2
Application number: DE60210553T
Authority: DE
Inventors: Chun Christine Macungie Dong; Wayne Thomas Fogelsville McDermott; Richard E. Tamaqua Patrick; Brenda F. Whitehall Ross
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: KR100510910B1; ATE322954T1; KR20030022704A; US6776330B2; EP1291111A1; CN1215744C; JP3828471B2; EP1291111B1; JP2003126958A; DE60210553D1; US20030047591A1; TW574083B; CN1406106A

Description

Reflow- bzw. Aufschmelz-Löten ist das am weitesten verbreitete Verfahren bei der Montage von auf der Oberfläche montierten, elektronischen Komponenten. Beim Aufschmelz-Lötverfahren werden die Komponenten auf dem entsprechenden Leiterzug-Bereich einer Leiterplatte mit einer Lötpaste angebracht, die vorher auf die Leiterplatte aufgedruckt wurde. Die so gebildeten Lötteile werden dann in einen Aufschmelz-Ofen geladen, wobei sie durch Erwärmungs- und Abkühlungszonen geführt und die Lötstellen zwischen den Leitungen der Komponenten und den Lötaugen durch Schmelzen, Benetzen und Verfestigen der Lötpaste ausgebildet werden. Um ein gutes Benetzen des geschmolzenen Lötmittels auf den Verbindungsflächen zu gewährleisten, sind in der Lötpaste normalerweise organische Flussmittel enthalten, um anfängliche Oberflächenoxide sowohl auf dem Lötmittel als auch auf dem Basismetall zu entfernen und die Oberflächen vor der Verfestigung in einem sauberen Zustand zu halten. Die Flussmittel werden größtenteils während des Lötens zur Dampfphase verdampft, wobei jedoch die flüchtigen Stoffe des Flussmittels Probleme wie das Bilden von Poren in den Lötstellen und die Verunreinigung des Aufschmelz-Ofens verursachen können. Nach dem Löten bleiben immer einige Flussmittelreste auf der Leiterplatte übrig, die eine Korrosion und elektrische Kurzschlüsse verursachen können.
Das Wellen- bzw. Schwall-Löten ist andererseits ein traditionell verwendetes Lötverfahren für die Montage von durch Einsetzen montierten Komponenten. Es kann auch für auf der Oberfläche montierte Komponenten verwendet werden, indem die Komponenten vor dem Löten auf der Leiterplatte mit einem Klebstoff vorübergehend verbunden werden. In beiden Fällen müssen die Leiterplatten mit den Komponenten, die eingesetzt oder vorübergehend verbunden werden, mit einem flüssigen Flussmittel gereinigt werden, um Oxide auf den Leitungen und Lötaugen der Komponenten zu entfernen, und sie werden dann durch ein Hochtemperatur-Schmelzlötbad geführt. Das geschmolzene Lötmittel benetzt automatisch die zu lötenden Metall-Oberflächen, wobei damit Lötstellen gebildet werden. Das geschmolzene Lötmittel im Bad hat eine starke Neigung zu oxidieren, wobei Lötschlacke gebildet wird. Daher muss die Oberfläche des Lötbades häufig durch mechanisches Entfernen der Schlacke gereinigt werden, was die Betriebskosten und den Verbrauch der Lötmittel erhöht. Nach dem Löten verbleiben Flussmittelreste auf den Leiterplatten, was die gleichen Probleme mit sich bringt, wie oben für das Aufschmelz-Löten beschrieben wurde.
Um Flussmittelreste zu entfernen, muss ein Nachreinigungsverfahren verwendet werden. Normalerweise wurden Flurchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) als Reinigungsmittel verwendet, man nimmt aber an, dass sie die schützende Ozonschicht der Erde schädigen, weshalb ihr Gebrauch verboten wurde. Obwohl durch Verwendung einer kleinen Menge von Aktivierungsmitteln, um Reste zu verringern, nicht reine Flussmittel entwickelt wurden, gibt es einen Kompromiss zwischen dem Gewinn und dem Verlust der Menge von Flussmittelresten und der Aktivität der Flussmittel.
Eine gute Lösung für all die oben beschriebenen Probleme einschließlich der flüchtigen Stoffe in den Flussmitteln, der Flussmittelreste und der Schlackebildung ist die Verwendung eines reduzierenden Gases als Löt-Umgebung, um organische Flussmittel zum Entfernen von Metalloxiden zu ersetzen. Ein solches Lötverfahren wird "flussmittelloses Löten" ("fluxless soldering") genannt. Unter den verschiedenen flussmittellosen Lötverfahren ist die Verwendung von Wasserstoff als Reaktionsgas zum Verringern von Oxiden auf Basismetallen und Lötmitteln besonders attraktiv, da es ein sehr sauberes Verfahren ist (das einzige Nebenprodukt ist Wasser, das leicht aus dem Ofen entlüftet werden kann), wobei es mit einer offenen und kontinuierlichen Löt-Fertigungsstraße kompatibel sein kann (H₂ ist nicht giftig und hat einen entflammbaren Bereich von 4 bis 75%). Daher war das flussmittellose Löten mit Wasserstoff lange Zeit ein technisches Ziel.
Die Haupteinschränkung des flussmittellosen Lötens mit Wasserstoff ist jedoch der ineffiziente und langsame Reduzierungsgrad von Metalloxiden in Wasserstoff im normalen Löttemperaturbereich, besonders für Lötmitteloxide, die höhere Metall-Sauerstoff-Verbindungsfestigkeiten haben als die der Oxide auf den zu lötenden Basismetallen. Diese Ineffizienz von Wasserstoff ist auf den Mangel der Reaktionsbereitschaft der Wasserstoffmoleküle bei niedrigen Temperaturen zurückzuführen. Äußerst reaktionsfreudige Radikale wie einatomiger Wasserstoff bilden sich bei Temperaturen, die viel höher sind als der normale Löttemperaturbereich. Zum Beispiel liegt der wirksame Temperaturenbereich für reinen H₂, um Zinnoxide an einem auf Zinn basierenden Lötmittel zu reduzieren, über 350°C. Solche hohen Temperaturen können entweder die Chips der integrierten Schaltung (IC) beschädigen oder Probleme bei der Zuverlässigkeit verursachen. Daher wurde durch die Industrie ein katalytisches Verfahren, um die Erzeugung äußerst reaktionsfreudiger H₂-Radikale im normalen Löttemperaturenbereich zu unterstützen, gesucht.
Flussmittelloses (trockenes) Löten wurde nach dem Stand der Technik mittels verschiedener Verfahren durchgeführt:
Es können chemisch aktive halogenhaltige Gase wie CF₄Cl₂, CF₄ und SF₆ verwendet werden, um Oberflächenoxide zum Löten zu entfernen. Solche Gase lassen jedoch Halogenid-Reste zurück, die die Löt-Verbindungsfestigkeit verringern und die Korrosion fördern. Solche Verbindungen stellen außerdem Probleme der Sicherheit und der umweltgerechten Entsorgung dar und können die Lötausrüstung chemisch angreifen.
Metalloxide können abgetragen oder auf ihre Verdampfungstemperaturen mittels Laser erwärmt werden. Solche Verfahren werden typischerweise bei inerten oder reduzierenden Atmosphären durchgeführt, um eine Reoxidation durch freigesetzte Verunreinigungen zu verhindern. Die Schmelz- oder Siedepunkte der Oxide und des Basismetalls können jedoch ähnlich sein, wobei es jedoch nicht wünschenswert ist, das Basismetall zu schmelzen oder zu verdampfen. Daher sind solche Laserverfahren schwierig auszuführen. Laser sind außerdem typischerweise kostspielig und ineffizient zu bedienen und müssen eine direkte Linie oder Sicht zur Oxidschicht haben. Diese Faktoren begrenzen die Brauchbarkeit von Laserverfahren für die meisten Lötanwendungen.
Oberflächenoxide können durch Einwirken von Reaktionsgasen (z. B. H₂) bei erhöhten Temperaturen chemisch (z. B. auf H₂O) reduziert werden. Typischerweise wird ein Gemisch verwendet, das 5% oder mehr reduzierendes Gas in einem inerten Träger (z. B. N₂) enthält. Die Reaktionsprodukte (z. B. H₂O) werden dann bei erhöhter Temperatur durch Desorption freigegeben und im Gas-Strömungsfeld weg befördert. Typische Verfahrenstemperaturen müssen 350°C übersteigen. Dieses Verfahren kann jedoch selbst bei erhöhten Temperaturen langsam und ineffektiv sein.
Die Geschwindigkeit und Wirksamkeit des Reduktionsverfahrens kann mittels aktiverer reduzierender Arten erhöht werden. Solche aktiven Arten können mittels herkömmlicher Plasmaverfahren hergestellt werden.
Es können Gasplasmen mit Audio-, Radio- oder Mikrowellen-Frequenzen verwendet werden, um reaktionsfreudige Radikale zur Desoxidation der Oberfläche zu erzeugen. In solchen Verfahren wird elektromagnetische Strahlung von hoher Intensität verwendet, um H₂, O₂, SF₆ oder andere Verbindungen einschließlich Fluor enthaltende Verbindungen in äußerst reaktionsfreudige Radikale zu ionisieren und zu dissoziieren. Die Oberflächenbehandlung kann bei Temperaturen unter 300°C durchgeführt werden. Um jedoch optimale Bedingungen für die Plasmabildung zu erhalten, werden solche Verfahren typischerweise bei Unterdruck-Bedingungen durchgeführt. Der Unterdruck-Betrieb erfordert eine kostspielige Ausrüstung und muss als ein langsames, dosiertes Verfahren an Stelle eines schnelleren, durchgehenden Verfahrens durchgeführt werden. Außerdem werden Plasmen typischerweise weitschweifig in der Verfahrenskammer verteilt und sind schwer auf einen speziellen Substrat-Bereich zu richten. Daher können die reaktionsfreudigen Arten in diesem Verfahren nicht effizient genutzt werden. Plasmen können außerdem durch ein Sputtering-Verfahren eine Beschädigung an den Verfahrenskammern verursachen und können außerdem an dielektrischen Oberflächen eine Ansammlung von Raumladungen erzeugen, die zu einer möglichen Mikroschaltungs-Beschädigung führen. Mikrowellen selbst können ebenfalls eine Mikroschaltungs-Beschädigung verursachen, wobei die Substrat-Temperatur während der Behandlung schwer zu regeln sein kann. Plasmen können außerdem möglicherweise gefährliches ultraviolettes Licht freisetzen. Solche Verfahren erfordern außerdem eine kostspielige elektrische Ausrüstung und verbrauchen erhebliche Energie, wodurch ihre gesamte Kosteneffektivität verringert wird.
US 5 409 543 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung einer reaktionsfreudigen Wasserstoff-Form mittels thermionischer (Glühfaden) Emission von Elektronen. Der unter Spannung stehende Wasserstoff reduziert die Substrat-Oberfläche chemisch. Die thermionischen Elektronen werden von feuerfesten Metallfäden emittiert, die bei Temperaturen von 500°C bis 2200°C gehalten werden. Es werden elektrisch vorgespannte Gitter verwendet, um überschüssige freie Elektronen abzulenken oder einzufangen. Die reaktionsfreudigen Arten werden aus Gemischen gebildet, die 2% bis 100% Wasserstoff in einem inerten Trägergas enthalten.
US 6 203 637 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Aktivieren von Wasserstoff mittels der Entladung von einer thermionischen Kathode. In diesem Fall wird der Emissionsvorgang in einer getrennten (entfernten) Kammer durchgeführt, die einen erwärmten Glühfaden enthält. Die Ionen und aktivierte Neutralteilchen strömen in die Behandlungskammer, um die oxidierte Metalloberfläche chemisch zu reduzieren. Solche warmen Kathodenverfahren erfordern für eine optimale Wirksamkeit und Lebensdauer des Glühfadens Unterdruck-Bedingungen. Der Unterdruck-Betrieb erfordert eine kostspielige Ausrüstung, die in die Löt-Fließbandsysteme eingearbeitet werden muss, wodurch sich ihre gesamte Kosteneffektivität verringert.
Potier et al, in dem Vortrag "Fluxless Soldering Under Activated Atmosphere at Ambient Pressure", Surface Mount International Conference, 1995, San Jose, CA, und US 6 146 503 , US 6 089 445 , US 6 021 940 , US 6 007 637 , US 5 941 448 , US 5 858 312 und US 5 722 581 beschreiben ein Verfahren zur Erzeugung von aktiviertem H₂ (oder anderen reduzierenden Gase wie CH₄ oder NH₃) mittels elektrischer Entladung. Das reduzierende Gas ist auf "Prozent-Ebenen" in einem inerten Trägergas (N₂) vorhanden. Die Entladung wird mittels einer Wechselspannungsquelle mit "mehreren Kilovolt" erzeugt. Die von den Elektroden in einer entfernten Kammer emittierten Elektronen erzeugen geladene und neutrale Wasserstoff-Radikale, die dann zum Substrat strömen. Das sich ergebende Verfahren reduziert Oxide auf dem zu lötenden Basismetall bei Temperaturen nahe 150°C. Solche entfernten Entladungskammern erfordern jedoch signifikante Ausrüstungskosten und sind nicht ohne weiteres in bestehenden Löt-Fließbandsystemen nachzurüsten. Zusätzlich ist dieses Verfahren nicht ausgelegt, um Lötmittel-Oxide zu entfernen.
Die US 5 433 820 , die als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird und die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart, beschreibt ein Oberflächen-Behandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung oder einem Plasma bei atmosphärischem Druck von einer Hochspannungselektrode (1 kV bis 50 kV). Die Elektrode ist in der Nähe des Substrats statt in einer entfernten Kammer angeordnet. Die von den Elektroden emittierten Elektronen erzeugen reaktionsfreudige Wasserstoff-Radikale und ein Plasma mit atomarem Wasserstoff, das dann durch Öffnungen in einer dielektrischen Abschirmung geführt wird, die über dem oxidierten Substrat angeordnet ist. Die dielektrische Abschirmung konzentriert den aktiven Wasserstoff auf jenen spezifischen Oberflächenstellen, die eine Desoxidation erfordern. Solche dielektrischen Abschirmungen können jedoch Oberflächenladungen ansammeln, die das elektrische Feld ändern können und eine genaue Verfahrenssteuerung verhindern. Das beschriebene Verfahren wird nur verwendet, um Basismetallflächen vorzubehandeln.
Der zusätzliche interessante Stand der Technik beinhaltet: US 3 742 213 , US 5 105 761 , US 5 807 614 , US 5 807 615 , US 5 928 527 , US 5 985 378 , US 6 004 631 , US 6 037 241 , US 6 174 500 , US 6 193 135 , US 6 194 036 , US 6 196 446 , Koopman, et al, Fluxless Flip Chip Solder Joining, NEPCON WEST '95 PROCEEDINGS, Seiten 919–931, und Shiloh, et al, Flux-free Soldering, NEPCON WEST '95 PROCEEDINGS, Seiten 251–273.
Die Mängel nach dem Stand der Technik bei der Bereitstellung eines ökonomischen und effizienten flussmittellosen Löt-Verfahrens, um Oxide auf dem Basismetall und dem Lötmittel zum besseren Löten ohne Oxid- oder Flussmittelfehler in der Lötstelle zu entfernen, werden durch die vorliegende Erfindung überwunden, die ein flussmittelloses Löten bei niedrigen Temperaturen, nahe Umgebungs- oder atmosphärischen Bedingungen und mit niedrigen Gleichstromenergie-Anforderungen oder einer Elektronen-Ausbreitung mit ähnlich niedriger Energie zur Verfügung stellt, um negativ geladenen, ionischen Wasserstoff zu nutzen, so dass der mit Oxiden vor oder während des Lötvorgangs aktiv reagiert, wie unten ausführlicher dargelegt wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum trockenen Vorbehandeln/Präparieren (dry fluxing) von einer oder mehreren zu lötenden Komponenten entsprechend Anspruch 1.
Das reduzierende Gas ist vorzugsweise Wasserstoff in einem Inertgas wie Stickstoff, um das Gasgemisch zu bilden. Die Komponenten sind vorzugsweise gedruckte Leiterplatten oder elektronische Vorrichtungen, besonders bevorzugt elektronische Vorrichtungen, die auf einer gedruckten Leiterplatte montiert sind. Vorzugsweise werden bei oder nach dem trockenen Vorbehandeln zum Entfernen der Oxide die Komponenten durch Aufschmelz- oder Schwall-Löten bei erhöhter Temperatur gelötet.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematische Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zum Reflow- bzw. Aufschmelz-Löten;
2 eine schematische Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zur "Vorbehandlung (fluxing)" vor dem Schwall-Löten;
3 eine schematische Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zur Behandlung eines Wellen-Lötbades;
4 eine schematische Veranschaulichung von unterschiedlichen Kathoden-Ausführungen für die vorliegende Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das flussmittellose H₂-Löten. Die vorliegende Erfindung kann durch Modifizieren der herkömmlichen Aufschmelz- oder Schwall-Lötmaschine ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Metallbeschichtung wie der Lötbeschichtung von Teilen von gedruckten Leiterplatten oder Metalloberflächen anwendbar, um sie für ein anschließendes Löten empfänglicher zu machen. Die Entfernung von Oxiden durch flussmittellose Bearbeitung mit Wasserstoff nach der vorliegenden Erfindung ist gleichsam auf solche Metallbeschichtungs-Verfahren anwendbar.
Das Prinzip des Verfahrens kann in 1, 2 oder 3 sichtbar werden. Während des Lötens oder der Vorbehandlung wird ein Gasgemisch aus Stickstoff und einem reduzierenden Gas wie Wasserstoff oder Kohlenmonoxid in eine Heizkammer, einen Ofen oder einen Feuerraum mit einer Kathode und einer Anode eingeführt, wobei die zu lötenden oder vorzubehandelnden Teile mit der Anode verbunden oder an ihr angebracht werden, um eine Zielanordnung zu bilden. Wenn eine Gleichspannung zwischen der Kathode und der Anode angelegt wird, werden an der Kathode Elektronen mit niedriger Energie erzeugt und driften im elektrischen Feld zur Anode. Während dieser Elektronen-Drift kann ein Teil des molekularen, reduzierenden Gases, d. h. H₂, negative Ionen durch Elektronenanlagerung bilden und dann ebenfalls zur Anode driften. An der Anode kann sich der negativ geladene, ionische Wasserstoff am Lötmittel und den zu lötenden Metalloberflächen anlagern und damit die jeweiligen Oxide ohne die Verwendung von herkömmlichen Flussmitteln reduzieren. Während dieses Verfahrens wird das Inertgas, d. h. N₂, nicht beeinflusst, da die Elektronenaffinität von Stickstoff Null ist.
Für die vorliegende Erfindung kann die H₂-Konzentration im Gasgemisch zwischen näherungsweise 0,1 bis 100 Vol.-% und besser zwischen näherungsweise 0,5 bis 50 Vol.-% umfassen. Die Temperatur kann sich im Bereich zwischen näherungsweise Umgebungstemperatur bis 400°C und besser zwischen näherungsweise 100 und 250°C befinden. Die Gleichspannung kann zwischen näherungsweise –1 bis –50 kV umfassen, wobei der bevorzugte Bereich zwischen näherungsweise –2 bis –30 kV liegt. Der Abstand zwischen der Kathode und der oberen Fläche der zu behandelnden Teile kann näherungsweise 1 bis 10 cm betragen, wobei der bevorzugte Bereich näherungsweise 2 bis 5 cm beträgt. Die Kathode oder Vorrichtung, von der aus die Elektronen erzeugt werden (Fotoemissions- oder radioaktive Quelle), sollte nahe an der Anode oder der Zielanordnung liegen und erfordert keine getrennte Kammer oder Zone. Neben H₂ können auch weitere reduzierende Gase wie CO im Gasgemisch verwendet werden. Das im Gasgemisch verwendete Inertgas anders als N₂ kann Ar, He und anderes sein. Der Druck ist atmosphärischer Umgebungsdruck, das bedeutet, der bestehende Druck des Bereiches des Verfahrens. Typischerweise würden Drücke von 70,62 bis 139,52 kPa (10 bis 20 psia) akzeptabel sein, wobei aber ein Druck von 98,18 bis 111,96 kPa (14 bis 16 psia), vorzugsweise 103 kPa (14,7 psia) am geeignetsten ist.
Zusätzlich zum oben beschriebenen Elektronenanreicherungsverfahren kann die Elektronenanreicherung an Wasserstoffmoleküle oder zweiatomigen Wasserstoff durch Fotoemission von einer photoempfindlichen Kathode, Elektronenstrahl-Verfahren, Verfahren mit radioaktiven Quellen und Lawinenverfahren ausgeführt werden, wo kaskadenartig angeordnete Ausgangselektronen zu Elektroden mit nach und nach höher werdendem Potenzial in eine Elektroden-Anordnung driften, wobei zusätzliche Elektronen von jeder aufeinander folgenden Elektrode erzeugt werden. Die Fotoemission von freien Elektronen mit niedriger Energie kann zum Beispiel nach dem Einwirken von ultraviolettem oder anderem Licht mit einer geeigneten Wellenlänge auf eine photoempfindliche Quelle auftreten. Bei jenen Verfahren, in denen die Elektronen nicht auf Grund einer Gleichspannung emittiert werden (d. h. Fotoemission), würden die Kathode und die Anode dennoch vorgespannt sein, um die erzeugten Elektronen und letzten Endes die negativ geladenen, ionischen Wasserstoffmoleküle oder den zweiatomigen Wasserstoff zur Anode zu ziehen.
Obwohl die Erfinder nicht an irgendeiner besonderen Theorie über den Mechanismus der vorliegenden Erfindung festhalten wollen, glauben sie, dass Elektronen mit niedriger Energie an der Kathode erzeugt werden und im elektrischen Feld zur Anode hin driften, wenn eine Gleichstromspannung an die Elektroden angelegt wird. Elektronen mit niedriger Energie haben genügend Energie, um die Kathode zu verlassen und sich an dem molekularen oder zweiatomigen Wasserstoff anzulagern, aber nicht genügend Energie, um das Wasserstoffmolekül zu dissoziieren. Während der Elektronen-Drift kann ein Teil des molekularen, reduzierenden Gases wie Wasserstoff durch Elektronenanlagerung negative Ionen bilden und dann ebenfalls zur Anode driften. An der Anode kann sich der negativ geladene, ionische Wasserstoff am Lötmittel und an den zu lötenden Basismetall-Oberflächen anlagern und damit die bestehenden Oxide von Lötmittel und Basismetall reduzieren. Die Aktivierungsenergie der Oxid-Reduzierung, die das Elektronenanlagerungsverfahren der vorliegenden Erfindung nutzt, ist niedriger als ohne die Anlagerung, weil der Beschuss mit angelagerten Elektronen das meiste der Energie beseitigt, die mit dem Bindungsbruch der Oxide erforderlich ist. Das gesamte Verfahren kann wie folgt veranschaulicht werden:
Elektronenanlagerung: H₂ + e' → h₂ ^–
(zwischen Kathode und Anode)
Oxid-Reduzierung: h₂ ^– + MO → M + H₂O + e' (M = Lötmittel/Basismetall)
(in der Nähe der Anode)
1 zeigt ein Beispiel der modifizierten Reflow- bzw. Aufschmelz-Lötmaschine in einem schematischen Querschnitt. Die Vorrichtung umfasst einen Ofen oder Feuerraum 1, der typischerweise Erwärmungs-/Abkühlungszonen, die sich in unterschiedlichen Abschnitten längs der Mittelachse befinden, und einen Gaseinlass/-auslass an den zwei Enden des Ofens/Feuerraums 1 hat. Ein sich in den Ofen/Feuerraum 1 erstreckender Metallstab 2 (oder Drahtgeflecht 2d) wird für eine Kathode oder zweite Elektrode verwendet, die aus einem Metall mit einer niedrigen Elektronen-Emissionsenergie wie Messing oder rostfreiem Stahl hergestellt ist. Ein geerdetes, sich bewegendes Band 3, das aus einem leitfähigen Material wie Metall hergestellt ist, wird als eine Anode oder erste Elektrode verwendet. Während des Aufschmelz-Lötens werden die eine oder mehr Komponenten 4 wie elektronische Vorrichtungen auf einer gedruckten Leiterplatte, die vorübergehend miteinander durch Lötpaste verbunden sind, die vorher auf die eine oder mehr der Komponenten gedruckt wurde, auf dem sich bewegenden Band 3 positioniert, wobei alle eine Zielanordnung bilden, die durch den Ofen/Feuerraum 1 und die Erwärmungs- und Abkühlungszonen geführt wird. Ein Gasgemisch 6 aus Stickstoff und einem reduzierenden Gas die Wasserstoff oder Kohlenmonoxid wird in den Ofen/Feuerraum 1 eingeführt, wobei eine Gleichspannung 5 zwischen dem Stab/der Kathode 2 und dem Band/der Anode 3 angelegt wird. Das Gasgemisch reagiert auf die Ladung zwischen der Kathode und der Anode durch Elektronen, die an der Stelle der Kathode an das reduzierende Gas, vorzugsweise Wasserstoff, abgegeben werden, so dass es ein negativ geladenes, ionisches, reduzierendes Gas wird, das bezeichnenderweise zur Anode wandert, die das Lötmittel und die Komponenten aufweist, wobei dadurch alle bestehenden Oxide auf einer trockenen, flussmittellosen Basis reduziert werden, um die Lötverbindung signifikant zu verbessern. Die Lötpaste wird in einer erwärmten Zone des Ofens/Feuerraums 1 geschmolzen, benetzt die Oberfläche der Komponenten und verfestigt sich in der Abkühlungszonen des Ofens/Feuerraums 1 wieder, um das gelötete Produkt zu bilden, das kein Flussmittel erfordert und durch Oxide oder Flussmittelreste verursachte Lötfehler vermeidet.
2 ist ein weiteres Beispiel, das für einen Vorbehandlungsabschnitt vor dem Schwall-Löten verwendet wird, wobei es ganz ähnlich zu 1 ist. Die Vorrichtung umfasst eine Erwärmungskammer 10, eine Kathode, die aus einem Metallstab 20 oder einem Drahtgeflecht hergestellt ist, und ein geerdetes und leitfähiges, sich bewegendes Band 30, das als eine Anode dient. Während der Vorbehandlung werden Leiterplatten mit den Komponenten, die vorübergehend in die Leiterplatte 40 eingesetzt werden, auf dem Band 30 angebracht, das durch die Kammer 10 geführt wird, wobei ein Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff 60 in die Kammer 10 eingeführt und eine Gleichspannung 50 zwischen der Kathode 20 und der geerdeten Bandanode 30 angelegt wird. Die Kontakte der Komponenten werden an die Leiterplatte angelötet, wenn sie gegen eine stehende Welle aus Lötmitteln in einem Lötmittelbad geführt werden, während sowohl die Komponenten/Leiterplatten als auch das Lötbad durch die Wirkung des reduzierenden Gases aus negativ geladenem, ionischen Wasserstoff frei von Oxiden sind.
3 ist ein drittes Beispiel, das zur Vorbehandlung des geschmolzenen Lötmittelbades in einem Schwall-Lötverfahren verwendet wird, wobei es zu 1 ganz ähnlich ist. Die Vorrichtung umfasst eine Kammer 100, eine Kathode, die aus einem Metallstab 200 oder einem Drahtgeflecht hergestellt ist, und ein geerdetes Hochtemperatur-Lötbad 300, das als eine Anode dient. Während des Betriebs wird ein Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff 600 in die Kammer 100 eingeführt und eine Gleichspannung 500 zwischen der Kathode 200 und der Wand der geerdeten Lötbad-Anode 300 angelegt. Dies hält die Oberfläche der Lötbad-Anode 300 durch die Wirkung des reduzierenden Gases aus negativ geladenem, ionischen Wasserstoff frei von Lötoxiden oder Schlacke.
Für die oben genannten Fälle kann die Geometrie der Kathode in unterschiedlichen Formen wie die Beispiele gemäß 4 einem Stab 2a, einem Stab mit einer angespitzten Spitze 2b, einem Stab mit mehreren angespitzten Spitzen 2c und einem Sieb oder Drahtgeflecht 2d ausgeführt werden. Das Material der Kathode kann Messing, rostfreier Stahl oder andere Metalle mit relativ niedriger Elektronen-Emissionsenergie sein.
Beispiel 1
Ein erstes Experiment wurde mittels eines Ofens im Labormaßstab durchgeführt. Die verwendete Probe war ein flussmittelloser Zinn-Blei-Lötrohling (Schmelzpunkt 183°C) auf einer geerdeten Kupferplatte (Anode), die in einen Ofen geladen und auf bis zu 250°C bei einer Gasströmung von 5% H₂ in N₂ erwärmt wurde. Als sich die Temperatur der Probe auf einem Gleichgewicht befand, wurde eine Gleichspannung zwischen der negativen Elektrode (Kathode) und der geerdeten Probe (Anode) angelegt und allmählich auf etwa –2 kV bei einem Strom von 0,3 mA erhöht. Der Abstand zwischen den zwei Elektroden betrug etwa 1 cm. Der Druck war atmosphärischer Umgebungsdruck. Es wurde festgestellt, dass das Lötmittel die Kupferoberfläche tatsächlich sehr gut benetzte. Ohne das Anlegen einer elektrischen Spannung kann eine gute Benetzung eines flussmittellosen Lötmittels auf einer Kupferoberfläche bei einer so niedrigen Temperatur, selbst in reinem H₂, nie erreicht werden, da die wirksame Temperatur für reinen H₂ zum Entfernen von Zinn-Oxiden auf einem auf Zinn basierenden Lötmittel über 350°C liegt. Daher bestätigt dieses Ergebnis, dass das Elektronenanlagerungsverfahren bei der Förderung von flussmittellosem H₂-Löten wirksam ist.
Beispiel 2
Es wurde ein zweites Experiment unter Verwendung des gleichen Aufbaus und der gleichen Probe wie oben durchgeführt. Abweichend vom ersten Durchlauf wurde die 2 kV-Spannung mit 0,3 mA während der Erwärmung der Probe von der Raumtemperatur bei einer Gasströmung von 5% H₂ in N₂ angelegt. Der Erwärmungsgrad war ähnlich dem, der typischerweise für normale Aufschmelz-Lötverfahren verwendet wird. Es wurde festgestellt, dass das Lötmittel bei 220°C begann, die Kupferoberfläche zu benetzen.
Beispiel 3
Es wurde ein drittes Experiment in der gleichen Weise wie das zweite Experiment durchgeführt, außer dass das Lötteil ein flussmittelloser Zinn-Silber-Rohling (Schmelzpunkt 221 °C) auf einer geerdeten Kupferplatte war. Es wurde festgestellt, dass das Lötmittel bei 230°C begann, das Kupfer zu benetzen.
Beispiel 4
Es wurde ein viertes Experiment in der gleichen Weise wie das erste Experiment durchgeführt, außer dass der flussmittellose Zinn-Blei-Lötrohling (eine Scheibenform mit einer Höhe von 1 mm und einem Durchmesser von 2 mm) auf eine geerdete Quarzplatte gesetzt wurde. Als die gleiche elektrische Energie bei 250°C angelegt wurde, wurde festgestellt, dass sich das geschmolzene Lötmittel von der Scheibenform in eine nahezu kugelförmige Form änderte und damit anzeigte, dass die Oberfläche des geschmolzenen Lötmittels tatsächlich oxidfrei war.
Beispiel 5
Es wurde ein fünftes Beispiel unter Verwendung einer empfindlichen optischen Vorrichtung (Strom gegen Spannung wurde vorgetestet) auf einer geerdeten Kupferplatte durchgeführt. Die Probe wurde in den gleichen Ofen bei einer Gasströmung von 5% H₂ in N₂ des Volumens geladen. Eine –2 kV-Gleichspannung mit einem Strom von 0,3 mA wurde während der Erwärmung der Probe von Raumtemperatur auf 250°C angelegt und bei 250°C fünf Minuten lang gehalten. Die Probe wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dem Erwärmungszyklus wurde die Vorrichtung getestet (Strom gegen Spannung), um zu untersuchen, ob es irgendeine Beschädigung gibt. Es wurde festgestellt, dass sich die Kurve Strom gegen Spannung für die getestete Vorrichtung nicht von vor bis nach dem Erwärmungszyklus änderte. Dieses Ergebnis zeigt, dass es für das angelegte elektrische Feld keine Beschädigung des Chips in Verbindung mit einem dielektrischen Durchschlag gibt.
Die Alternative zur vorliegenden Erfindung ist ein flussmittelloses H₂-Löten mit Plasmaunterstützung, bei dem das Plasma durch entweder eine Mikrowellen- oder durch eine Korona-Transferentladung hervorgerufen wird. Das flussmittellose H₂-Lötverfahren der vorliegenden Erfindung, das durch die Elektronenanlagerung bei einem Gleichspannungspotential unterstützt wird, ist völlig anders und besser als das Verfahren mit Plasmaunterstützung. Die Hauptunterschiede können wie folgt aufgeführt werden:

a) Die Verfahren mit Plasmaunterstützung werden nur verwendet, um Oxide auf den zu lötenden Basismetallen zu säubern, wobei in der Lötpaste zum Aufschmelz-Löten immer noch ein Flussmittel erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch so ausgelegt, dass sie Oxide sowohl an den Basismetallen als auch an der Lötmittel-Legierung entfernt. Im Vergleich mit den Basismetallen haben die auf Zinn basierenden Lötmittel ein signifikant höheres Oxidationspotenzial, wobei die Lötmittel-Oxide schwieriger zu reduzieren sind. Daher ist die vorliegende Erfindung für ein effizienteres, flussmittelloses Lötverfahren ausgelegt, wobei Flussmittel für das Aufschmelz-Löten vollkommen beseitigt werden.
b) Bei den Verfahren mit Plasmaunterstützung werden die Vorbehandlungsverfahren vor dem Schwall- oder Aufschmelz-Löten durchgeführt, wobei die Vorbehandlungsverfahren wie Vorbehandlungsschritte sind. Diese Trennung zwischen der Vorbehandlung und dem Löten ist mit der kontinuierlichen Schwall-Lötlinie kompatibel, macht das Aufschmelz-Löten jedoch völlig unkontinuierlich. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Vorbehandlung und das Aufschmelz-Löten vorzugsweise als ein einziger Schritt gestaltet, wobei damit die Anwendung der vorliegenden Erfindung beim großtechnischen Aufschmelz-Löten durchführbarer ist. Die vorliegende Erfindung kann auch auf eine Schwall-Lötlinie durch aufeinander folgende Vorbehandlung und Löten der mit den Komponenten verbundenen Leiterplatten und selbst bei einer zusätzlichen Vorbehandlung des geschmolzenen Lötbades angewandt werden, um die Schlackebildung zu verhindern.
c) Bei dem Verfahren mit Plasmaunterstützung, das entweder eine Mikrowelle oder einen Korona-Transfer als einen Generator nutzt, ist atomarer Wasserstoff die aktive Art, um Metalloxide zu reduzieren. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch der negativ geladene, ionische, molekulare oder zweiatomige Wasserstoff als aktive Art genutzt, um Metalloxide zu reduzieren. Dieser Hauptunterschied der aktiven Arten kann die folgenden unterschiedlichen Ergebnisse erzeugen: (i) Der atomare Wasserstoff, der durch eine Kombination von entgegengesetzt geladenen Arten in einem Plasma gebildet wird, ist instabil, wobei er eine Neigung hat, molekularen Wasserstoff zu bilden, der die freie Energie weiter reduziert und einen stabilen Zustand erreicht, besonders bei Umgebungsdruck statt bei Unterdruck. Die Elektronenanlagerung nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein Energie-Freisetzungsverfahren, das die gebildete aktive Art, den negativ geladenen, ionischen Wasserstoff, relativ stabil macht, wobei die Wahrscheinlichkeit der Elektronenanlagerung mit steigendem Druck ansteigt, was den Betrieb bei Umgebungsdruck günstiger macht als bei Unterdruck. Daher ist die Vorbehandlungswirksamkeit der vorliegenden Erfindung höher als das Verfahren mit Plasmaunterstützung bei Umgebungsdruck für eine vorgegebene H₂-Konzentration.
(ii) Für das Verfahren mit Plasmaunterstützung ist die aktive Art neutral, wobei die auf den zu behandelnden Oberflächen vorzugsweise nicht adsorbiert werden kann. Für die vorliegende Erfindung driftet der negativ geladene, ionische Wasserstoff jedoch von Natur aus durch das angelegte, kontinuierliche elektrische Feld zum Lötmittel und zu den Metalloberflächen (Anode), wobei die Adsorption von H₂ auf die zu behandelnden Oberflächen erhöht und damit die wirksame H₂-Konzentration reduziert wird, die für eine vollständige Vorbehandlung notwendig ist.
(iii) Für das Verfahren mit Plasmaunterstützung ist eine Hochfrequenz-Wechselspannung günstiger als eine Gleichspannung, da Gleichspannung beim Durchschlag der Moleküle in der Gasphase nach dem Verfahren mit Plasmaunterstützung und bei der Bildung von atomarem Wasserstoff wirksamer ist. Um negativ geladenen, ionischen Wasserstoff nach der vorliegenden Erfindung zu erzeugen, wird jedoch eine Gleichspannung bevorzugt. Der Grund ist, dass im Vergleich mit einer Wechselspannung niedrigere Elektronenenergien durch die Verwendung einer Gleichspannung gewonnen werden, wobei die Elektronen mit niedriger Energie eine höhere Affinität haben, um an ein Gasmolekül mit einer starken negativen Elektronenbeschaffenheit angelagert zu werden.

Weitere Unterscheidungen des Verfahrens mit Plasmaunterstützung von der vorliegenden Erfindung sind Nachteile, die auf dem Unterschied der erforderlichen Energiequellen für das Verfahren mit Plasmaunterstützung im Vergleich mit der vorliegenden Erfindung basieren.

(i) Im Gegensatz zur Gleichspannung nach der vorliegenden Erfindung ist die Wechselspannung, die bei der Korona-Transferentladung des Verfahrens mit Plasmaunterstützung verwendet wird, zu den Halbleitervorrichtungen vollständig leitend, wodurch die Möglichkeit der Beschädigung des IC oder des Chips erhöht wird.
(ii) Der wirksame Spannungsbereich für das Elektronenanlagerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung liegt unter dem Durchschlagpunkt der Gasentladung, die für das durch Mikrowellen erzeugte Plasma verwendet wird, und liegt auch unter dem Spannungspegel, der für die Erzeugung der Elektronen mit hoher Energie bei der Korona-Transferentladung verwendet wird. Daher ist für die vorliegende Erfindung der Betrieb sicherer, die Möglichkeit der Beschädigung des Chips geringer und der Energieverbrauch niedriger.
(iii) Für die Verfahren mit Plasmaunterstützung werden sowohl H₂ als auch N₂ ionisiert (die Energie zum Ionisieren von H₂ und N₂ beträgt 15,4 bzw. 15,5 eV), wobei die ionisierten N₂-Ionen nicht zur Erzeugung der aktiven Art beitragen. Im Gegensatz dazu können für die vorliegende Erfindung Elektronen, die anhand des Gleichstrom potenzials erzeugt werden, nur an H₂-Molekülen angelagert werden, die die aktive Art bilden; N₂ mit einer Elektronenaffinität von Null wird nicht beeinflusst, so dass der Energieverbrauch für ein äquivalentes Ergebnis weitgehend verringert werden kann.

Zusätzlich sind die Investitionskosten für die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung erheblich niedriger als für das flussmittellose Löten mit Plasmaunterstützung.
Zusammenfassend sind die Hauptwerte der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit den Verfahren mit Plasmaunterstützung: 1) sowohl Lötmittel als auch Metalloberflächen werden zum Entfernen des Oxids behandelt, um organische Flussmittel vollständig zu beseitigen, 2) es gibt eine Kompatibilität mit der kontinuierlichen Produktions-Lötlinie, die sowohl Aufschmelz- als auch Schwall-Löten beinhaltet, 3) es wird eine höhere Vorbehandlungseffizienz bei Umgebungsdruck für eine vorgegebene H₂-Konzentration und einen vorgegebenen Energieverbrauch erreicht, 4) es gibt eine geringere Möglichkeit der Beschädigung des Chips und 5) die vorliegende Erfindung führt zu geringeren Investitionskosten.
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der verschiedenen bevorzugten oder veranschaulichten Beispiele dargelegt, wobei aber der volle Umfang der vorliegenden Erfindung durch die Ansprüche festgestellt werden sollte, die folgen.

Claims

Verfahren zum trockenen Vorbehandeln/Präparieren (dry fluxing) von Metalloberflächen von einer oder mehreren zu lötenden Komponenten (4, 40), wobei die trockene Vorbehandlung bei einem Druck im Bereich von 70,62 bis 139,52 kPa (10 bis 20 psia) durchgeführt wird, umfassend die Schritte: (a) die Bereitstellung einer oder mehrerer zu lötender Komponenten, die an eine erste Elektrode (3; 30; 300) als Zielanordnung angeschlossen sind; (b) die Bereitstellung einer zweiten Elektrode (2; 20; 200), in der Nähe der Zielanordnung ist; (c) die Bereitstellung eines Gasgemischs (6; 60; 600), mit einem reduzierenden Gas zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es außerdem folgende Schritte umfasst: (d) das Anlegen einer Gleichstrom (DC) Spannung (5; 50, 500) an die erste und zweite Elektrode und die Abgabe von Elektronen an das reduzierende Gas, um negativ geladenes ionisches reduzierende Gas zu bilden; (e) das In-Kontakt-Bringen der Zielanordnung mit dem negativ geladenen ionischen reduzierenden Gas und die Reduktion von Oxiden auf der Zielanordnung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das reduzierende Gas ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und deren Gemischen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das reduzierende Gas Wasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die trockene Vorbehandlung als Teil des Reflow- oder Aufschmelz-Lötens der einen oder mehreren Komponenten (4; 40) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die trockene Vorbehandlung als Teil des Wellen- oder Schwall-Lötens der einen oder mehreren Komponenten (4; 40) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oxide auf der einen bzw. den mehreren Komponenten (4; 40) reduziert werden, während Lötmittel benetzt wird, um die Komponenten miteinander zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gasgemisch zu 0,1 bis 100 Vol.-% Wasserstoff und möglicherweise ein Inertgas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gasgemisch zu 0,5 bis 50 Vol.-% Wasserstoff und ein Inertgas ist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Inertgas ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Stickstoff, Helium, Argon, Krypton und deren Gemischen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zielanordnung auf einer Temperatur im Bereich von 0 bis 400°C ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Zielanordnung auf einer Temperatur im Bereich von 100 bis 250°C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Spannung im Bereich von –1 bis –50 kV liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Spannung im Bereich von –2 bis –30 kV liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abstand zwischen der Zielanordnung und der zweiten Elektrode 1 bis 10 cm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Abstand zwischen der Zielanordnung und der zweiten Elektrode 2 bis 5 cm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 zum trockenen Vorbehandeln einer Lötstelle von zwei oder mehreren zu verlötenden Komponenten (4, 40) und eines Lötmittels, umfassend die Schritte: (a) die Bereitstellung von zwei oder mehreren zu lötenden Komponenten und Lötmittel, die auf einer Anode (3; 30; 300) als Zielanordnung positioniert sind; (b) die Bereitstellung einer Katode (2; 20; 200), die der Zielanordnung benachbart ist; (c) die Bereitstellung eines Gasgemischs (6; 60; 600), das Wasserstoff und ein Inertgas umfasst, zwischen der Anode und der Kathode; (d) das Anlegen einer Gleichstrom (DC) Spannung (5; 50; 500) an die Anode und Katode zur Abgabe von Elektronen an den Wasserstoff, um negativ geladenen ionischen Wasserstoff zu bilden; und (e) das In-Kontakt-Bringen der Zielanordnung mit dem negativ geladenen ionischen Wasserstoff und das Reduzieren von Oxiden auf den Komponenten und dem Lötmittel.
Verfahren nach Anspruch 16 zum trockenen Vorbehandeln und zum Löten einer Lötstelle von zwei oder mehreren zu lötenden Komponenten (4; 40) und Lötmittel, wobei Schritt (a) bei einer erhöhten Temperatur von mindestens 100°C durchgeführt wird, und das außerdem einen Schritt (f) zum Verbinden der Komponenten mit Lötmittel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16 zum trockenen Vorbehandeln und zum Löten einer Lötstelle von zwei oder mehreren zu lötenden Komponenten (4; 40) und Lötmittel mit Wasserstoff, an den Elektronen abgegeben wurden, wobei Schritt (a) bei einer erhöhten Temperatur von mindestens 100°C und bei Umgebungsdruck durchgeführt wird; wobei in Schritt (c) das Gasgemisch Wasserstoff zu 0,5 bis 50 Vol.-% umfasst und der Rest aus Stickstoff besteht; und wobei in Schritt (d) an die Anode und Katode eine Gleichstrom (DC) Spannung von mindestens –2 kV angelegt wird, wobei das Verfahren außerdem einen Schritt (f) zum Verbinden der Komponenten mit dem Lötmittel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Lötmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus flussmittellosem Zinn-Silber-Lötmittel, flussmittellosem Zinn-Blei-Lötmittel, flussmittelloser Zinn-Silber-Lötpaste, flussmittellosen Zinn-Silber-Lötperformen, flussmittelloser Zinn-Blei-Lötpaste, flussmittellosen Zinn-Blei-Lötperformen; einem Wellenbad von flussmittellosem Zinn-Blei-Lötmittel, einem Wellenbad von flussmittellosem Zinn-Silber-Lötmittel und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 1 zum trockenen Vorbehandeln von zu lötenden Metalloberflächen von einer oder mehreren Komponenten (4; 40), bei dem in Schritt (d) Elektronen von einer Quelle erzeugt und an das reduzierende Gas abgegeben werden, um ein negativ geladenes ionisches reduzierende Gas zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Quelle ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus der Photoemission aus einer lichtempfindlichen Katode, Elektronenstrahl-Ausbreitung, radioaktiven Quellen, Lawinenelektronen-Verbreitung und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 20 zum trockenen Vorbehandeln von zu lötenden Metalloberflächen aus einer oder mehreren Komponenten (4; 40), bei dem in Schritt (c) ein Gasgemisch mit molekularen Wasserstoff zwischen der ersten und der zweiten Elektrode bei atmosphärischem Umgebungsdruck zur Verfügung gestellt wird; bei dem in Schritt (d) Elektronen von einer Quelle erzeugt und an den molekularen Wasserstoff abgegeben werden, um negativ geladenen ionischen molekularen Wasserstoff zu bilden; und bei dem in Schritt (e) die Zielanordnung mit dem negativ geladenen ionischen molekularen Wasserstoff in Kontakt gebracht und die Oxide auf der Zielanordnung reduziert werden.
Verfahren nach Anspruch 16 zum trockenen Vorbehandeln einer Lötstelle aus zwei oder mehreren zu lötenden Komponenten und Lötmittel, bei dem in Schritt (c) ein Gasgemisch, das molekularen Wasserstoff und ein Inertgas umfasst, bei atmosphärischem Umgebungsdruck zwischen der Anode und der Katode bereitgestellt wird.